搬迁导致机床异常故障的案例分析

宓方玮，董春强，陈滨

(中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳621900)

某单位机床搬迁后出现异常，无法正常使用。作者到现场检修了2 天才最终发现故障原因，中间被故障现象的奇特引导，走了一些弯路。事后回顾整个检修过程，觉得非常有必要做一次总结，让同行分享其中的经验和教训。

1 故障现象

2013年3月，某公司的重大头车CK61100 搬迁到新工号就位后，出现伺服轴乱跑的现象，具体为:机床上电后执行回零操作，X轴没有动作，Z轴则随机向一个方向以最大速度移动一段距离后出现25040、25201、26100、300500、300608、20005 等报警号，按复位键Z轴也出现上述现象。

2 故障分析

2.1 报警号分析

25040 报警含义:轴轮廓监控错误，是指NCK输出的指令值与机床的实际值超出了机床数据参数MD36400 CONTOUR_TOL 中设定的数值。

解决办法:检测MD36400 CONTOUR_TOL 中设定的公差值是否太小;检查位置控制器的优化(机床数据32200 POSCTRL_GAIN 中的KV 系数)，确定轴是否跟踪给定的设定点，否则速度控制器优化必须提高或者KV 伺服增益系数必须减小;检测MD32200 MAX_AX_ACCEL 中的加速，如果由于过量加速而达到电源限制，那么位置控制因此切断。一旦控制循环关闭，那么“丢失的”实际值以过调形式恢复;提高速度控制器优化;检测机械部分(平稳运行、惯量质量)。

25201 报警含义:轴驱动故障，是指驱动发出一级严重故障信号(ZK1)，故障可以通过鉴定下列额外输出的驱动报警来识别:报警300500，报警300502-300505，报警300508，报警300515，报警300608，报警300612，报警300614，报警600701-300761，报警300799。

解决办法:测定上述列出的驱动报警，按复位键消除此方式组所在通道内报警。

26100 报警含义:轴的寿命符号消失，是指驱动控制在每个控制循环中增加1 个“寿命符号元件”，此元件在插补循环中由伺服检查变化情况，如果元件不变，报警产生。

解决办法:其他故障信息也用此报警显示(系统故障，如栈溢出)，可访问它们以确定故障原因。如果此报警重复发生，除机床分析外，留意其他报警显示。

300500 报警含义:轴%1 驱动%2 系统错误，错误代码%3，%4POWER ON，是指驱动已发出系统错误信号。

300608 报警含义:轴%1 驱动%2 速度控制器处于极限，是指由于超时，速度控制器输出已处于极限(1605:$MD_ APEEDCTRL_LIMIT_TIME)。扭矩设置点超出扭矩限制(电流限定);当速度设置点低于MD1606:$MD_SPEEDCTRL_LIMIT_THRESHOLD 中的速度阈值时监控系统才生效。

解决办法:电机受阻;检查电机编码器及电缆;检查电机编码器电缆上的屏蔽连接;检查电机接地;检查电机换向器连接(相位消失，旋转场不正确);检查编码器分辨率;检查编码器轨迹旋转方向;检查电机保护;检查驱动器连接;检查直流母线电压和螺钉连接;是否激活Uce监控线路;根据轴的机械和动态特性修改MD1605 和MD1606(FDD 的默认值MD1605 为200 ms、MD1606 为8 000 r/min，MSD 的默认值MD1605 为200 ms、MD1606 为30 r/min)。

20005 报警含义:通道轴%1 驱动%2 参考点逼近失败，是指不能对所有所述的坐标轴都完成回参考点(例如由于失去调节器使能，测量系统的切换、方向键释放等而造成异常中止)。如果在MD34000REFP_CAM_IS_ACTIV 中设置值1(参考挡块)并且满足一个消除故障的条件，则在距离编码的测量系统中也会出现报警。

解决办法:检查伺服允许信号丢失(DB31-48，DBX2.1);测量系统切换(DB31- 48，DBX1.5 和DBX1.6);方向键+或-丢失(DB31-48，DBX4.6和DBX4.7);进给超控为0;进给禁止有效;坐标轴专用的MD34110REFP_CYCLE_NR 确定哪些坐标轴涉及通道专用参考点设置功能。

-1:无通道专用的参考点设置功能，NC 在没有参考点设置功能的情况下起动。

0:无通道专用的参考点设置功能，NC 在具有参考点设置功能的情况下起动。

1—8:通道专用的参考点设置功能。这里输入的数字与参考点设置顺序相对应(当具有内容1 的所有坐标轴达到该参考点时，接着具有内容2 的各坐标轴起动，依次类推)。

2.2 报警分析

该机床采用的是西门子810D 数控系统，在搬迁前尚可正常使用，搬迁就位上电调试，出现上述故障，很明显是由于搬迁导致。产生故障的原因应该有下面几个:接线错误;电缆线断线;电机编码器损坏等。从故障现象来看Z轴存在飞车现象，是正反馈所导致，而X轴不能动作，也没有报警，可能存在X轴、Z轴相互连接错误的现象。

3 检修过程

首先检查伺服系统的连接。检查发现各连接电缆和动力线的连接均没有错误，但是CCU3 上的X411接口插座的第23 管脚插针处于不正常状态，已经被插头压弯，扳正的过程中折断。由于无法断定是以前就是这种状态还是作者在修理过程中造成的，咨询西门子，专家认为X411 上的针脚折断无法补救，需要更换CCU3，这使作者非常担心:如果是由于作者操作不慎导致X411 上的针脚折断，那么就要重新购买CCU3，先撇开CCU3 价值好几万不说，这属于责任事故。

首先想到的办法是在23 脚上焊线接到相应的插头管脚上，但是专家认为这个办法不妥，而且作者以前维修过编码器电缆断线的故障，作者最先采取的办法就是用飞线的办法替代磨断的信号线，但是会导致报警，最后还是购买新的电缆解决了问题，看来这个想法不可靠;第二个办法是更换X411 接口插座，但是这个办法需要焊板，比较麻烦，况且手上没有合适的插座;作者采取的是第三个办法，利用以前更换下来的CCU1 的前接口面板替换目前CCU3 上前接口面板，替换非常方便，装上机床，出现了新的问题:系统NC 启动失败和PLC 连接失败。作者总清了系统数据和PLC 数据，利用备份数据重新安装系统，但依然出现上述故障，无奈换回原接口面板后，故障又恢复到原来的状况。这样可以肯定方法三也是不行的，既然机床通信都出现了中断，说明CCU1 的前接口面板与CCU3 上前接口面板不能互换。

上网查询西门子810D 相关资料，作者发现X411接口插座的第23 管脚没有定义，现在看来这个管脚应该是很早就意外折弯的，由于没有定义，故而不影响设备使用。虚惊一场。同时也排除了该因素导致机床故障的可能性。

接下来检测了Z轴电机三相绕组、电机编码器并更换编码器电缆线均没有发现问题，故障也没有排除。再一个步骤就是在驱动器侧更换三相相序，先换了两相，无效，再换两相故障还是没有解决。至此能想到的办法都用到了，维修陷入了困境。

晚上加班，周围的环境安静下来，继续维修。这时发现了新的现象:Z轴电机在运行时有较轻微的啸叫和振动的现象，而且在报警清除、电机处于待机状态时，用手攀丝杠居然能够转动，电机“没劲”!作者突然反应过来:这现象明显是电机缺相。通过校电机动力线，发现驱动器侧本应接地的黄绿线居然连接到了电机动力线插头的U 相，电机动力线插头接到了驱动器侧输出接头的W 相。故障原因明确了:上述接法无论怎么更换相序，总会缺一相。重新接好动力线故障排除。

事后查明，原来是电工在搬迁时不慎把Z轴电机动力线插头的芯子拔了出来，又没有检查核对就随便把芯子插了回去。

上述案例暴露出一个问题:西门子611D 伺服驱动系统设计上存在安全隐患，没有缺相或短路检测，发生缺相无法及时报警，特别是有相线接到了伺服电机的接地端上依然没有报警，只是运动时产生飞车后才出现其他内容的报警，不直观，给故障判断带来不少麻烦。

4 结束语

该设备维修完成不久，另一台设备搬迁后也出现了一伺服轴上电飞车的现象，同时也有300608 等报警号出现，现场调试人员打电话咨询作者，作者给他们的建议就是对该伺服轴换相，他们调了两次相线后，机床就恢复了正常。

通过这两次案例维修，说明在设备搬迁工作中不够严谨，特别是在拆线时没有全部做好标识，结果在设备就位调试时出现不少莫名其妙的故障，给生产和维修带来不必要的麻烦和影响。所以对于机床电器而言，搬迁时要特别注意对电线电缆的防护，避免受到拉扯、挤压、磨损;对光栅尺等重要检测元件要避免碰撞、挤压。

［1］CK61100 机床说明书［M］.

［2］西门子810D 简明调试手册［M］.