基于SIMOTION运动控制系统的20T高速冲槽机故障实例分析

乔英辉

(上海电气集团上海电机厂有限公司，上海 200240)

0 引言

SIMOTION运动控制系统是可缩放、模块化、高性能的运动控制系统，能够适应集中或分布式的机器设计，可提供基于PC、控制器或驱动器的各类解决方案。在金属物料加工、金属成型、印刷、包装等行业有广泛的应用。随着计算机技术和微电子技术的发展，机电一体化技术得到迅速提升，运动控制技术也得到了前所未有的提高，西门子公司的SIMOTION运动控制技术应运而生。

SIMOTION系统由工程开发系统、工艺对象和硬件平台三部分组成。不同于传统的运动控制系统，SIMOTION系统取消了传统的硬件轴卡，以软件来实现轴控制功能。轴控制的各种功能可以通过选购不同的软件包来实现。SIMOTION系统若在工作中出现问题或故障，可以用SIMOTION SCOUT工程软件来进行参数设置、功能测试和调试、故障诊断和恢复等。但SIMOTION运动控制系统是一个软硬件高度集成的系统，一旦发生故障，应用客户有时根本无从着手。这就需要我们熟知SIMOTION系统的应用，运用各种手段来准确判断出现的问题或故障点，才能有效的解决问题。

德国进口舒勒20T高速冲槽机是上电公司的核心装备，采用全套西门子公司的控制系统，核心部分为SIMOTION D435运动控制系统、再加上S7-300 PLC和PC 677触摸屏计算机。

1 故障实例分析

1.1 故障实例1

某次设备启动，触摸屏计算机上通报SIMOTION系统故障、无法与D435通讯。打开电柜，发现SIMOTION D435上所有LED状态灯为黄色、小显示屏上显示数字为“0”，而正常工作状态应该显示“6”，说明SIMOTION系统无法启动自检。

查阅相关资料，我们初步判断CF卡中引导区软件出现了问题、导致系统不能启动。用读卡器在电脑上判断CF卡的好坏，结果CF卡完全正常。根据经验和参阅技术资料，我们决定对CF卡引导区软件进行重新装载。将CF卡插入读卡器，连接到电脑，将CF卡中的所有程序在电脑上保存，然后删除CF卡中的所有文件，将所需版本的固件文件(Firmware SIMOTION V4.1 SP1 incl.SINAMICS V2.5 SP1)复制到CF卡中。打开SCOUT软件，在“OPTION”菜单选项下选择“Write boot sector”， 出现图1画面： 点击“Browse”按钮， 选择与CF卡相一致的引导文件(实际所使用的CF卡为512 M)。

选择装载文件D4xx_boot512，将引导文件导入CF卡。最后将保存在电脑里的所有文件复制到CF卡。将CF卡插入D435，通上电源，舒勒20T高速冲槽机恢复了正常工作。

图1 boot文件位置和文件选择

1.2 故障实例2

某次下班正常关机，但第二天开机，X轴的SINAMICS S120驱动器上Ready信号亮红灯，SIMOTION D435控制器状态灯不正常、操作界面上也没有任何报警提示。大约通电1 h后，X轴驱动器Ready灯亮绿灯、D435控制器状态灯正常，冲槽机可以正常工作。经反复检查，只要不断电源，设备可以一直正常工作。过了有一段时间，某次周末断了设备电源，周一开机，老问题又出现了。这次通电了很长时间，状态也没有变化、操作界面上也没有任何报警提示。

通过参阅技术资料，我们决定将PC与PLC S7-300的DP口连接，打开SIMOTION SCOUT软件，通过S7路由方式在线监控X轴驱动器，查看X轴的报警信息，如图2所示。

图2 X轴报警信息

根据诊断信息可以初步判断，驱动器发生接地故障或者过载。由于驱动器开机自检就报故障，可以排除过载原因，进一步判断故障原因是接地引起的过载。重点检查驱动器的外部元件(电机、制动器等)及外部连接线，确定都处于正常状态，因此怀疑驱动器内部的IGBT功率模块性能不良。驱动器经送厂家指定专业修理单位修理，驱动器修复后重新装机试车，舒勒20T高速冲槽机恢复正常工作。

1.3 故障实例3

某次出现故障：操作界面没有具体的生产数据和设备状态显示，PLC处于运行状态、但CPU上的SF红灯亮。经用STEP 7在线连接PLC，读取CPU的诊断缓冲，如图3所示。

图3 S7-300 CPU诊断缓冲信息

通过读取诊断缓冲，可以看出：外部模块(诊断地址2044)处于STOP状态。查看硬件组态，发现SIMOTION D435的诊断地址为2044。观察D435的LED状态指示灯，RDY绿灯亮、STOP红灯亮、DP1绿灯闪烁。根据技术资料上的解释，D435处于Bus status“clear”，从表面无法判断D435具体的工作状态。将PC与PLC S7-300的DP口连接，打开SIMOTION SCOUT软件，通过S7路由方式在线连接D435，读取D435 CPU的诊断缓冲，如图4所示。

根据诊断缓冲，主要的故障信息为“Read access to array outside array bounds”。Event ID：16#F360：BF82。打开帮助文档，Event ID：16#F360：BF82的详细解释见图5。

图4 Simotion D435 CPU诊断缓冲信息

图5 诊断信息帮助文档

根据解释，用户程序数组元素变量的索引值超过了限制值，解决方案是检查用户程序。但是制造商没有给我们用户程序，所以也无从谈起检查程序；

另外，原有程序也不应该有问题，因为设备已经正常工作好几年。我们分析：SIMOTION D的存储器分为4个部分，分别是RAM Disk、RAM、Petentive memory以及Persistent memory.。其中RAM Disk、RAM合称为DRAM，DRAM的数据断电即丢失，为易失性存储器。DRAM保存数据包括组态、工艺包TP、用户程序等，通电后自动从CF卡拷贝；SRAM，即Retentive memory，也称为NVRAM，为非易失性存储器，可掉电保持。保存的数据为karnel Data、保持性变量和TO保持性数据等。该存储器的数据只有在执行存储器总复位的情况下，才能从CF卡拷贝；Petentive memory就是CF卡，它相当于EEPROM，内存数据可以永久保存，存储所有所需数据。一般计算机系统出现问题，首先想到的是开机重启。对SIMOTION D435系统而言，正常的开机重启会从CF卡重新装载组态、工艺包TP、用户程序等，但不会更新保持性变量和数据。开机重启没有解决问题，怀疑程序中引用的保持性变量和数据出现问题，导致了程序数组元素变量的索引值超过了限制值而报警。因此，要清除SRAM中的内容，只有执行系统总复位(Overall reset)动作，才能清除SRAM中的数据。

Overall reset操作将删除DRAM中的所有数据，复位后从CF卡重新拷贝。

存储器总复位，执行总复位后，系统恢复正常。

2 结语

总结SIMOTION运动控制系统发生的故障，我们认为：它不同于传统的控制系统，故障不仅有一般的硬件故障、还有各类软件故障。有时发生故障，操作界面没有任何提示。这就要求我们用好SIMOTION SCOUT这个工程软件，联机读取各类诊断信息，并对诊断信息作出正确的解读，这样才能及时准确地判断出故障点及时有效的解决问题。