SIEMENS伺服系统的故障诊断与维修

5.3  SIEMENS伺服系统的故障诊断与维修

在数控机床上，常用的伺服驱动系统除FANUC公司的产品外，另一主要的产品是SIEMENS的伺服驱动系统。从总体上说，SIEMENS伺服驱动系统亦可以分为直流驱动与交流驱动两大类，SIEMENS的直流驱动一般都是采用SCR速度控制单元；交流驱动可以分模拟式交流速度控制单元与数字式交流速度控制单元两种形式。

SIEMENS直流伺服系统一般用于20世纪80年代中期以前进口的数控机床上，配套的CNC有SIEMENS的3、6、8、PRIMOS系统等。常用的规格有6RA26**-6MV30与6RA26**-6DV30两种规格，前者(6MV30)用于电枢电压为DC200V的直流伺服电动机驱动，后者(6DV30)用于电枢电压为DC400V的直流伺服电动机驱动，最大输出电流均可以达到175A。驱动器一般与1HU系列永磁式直流伺服电动机(常用)与1GS系列他励直流伺服电动机配套，组成数控机床的伺服进给驱动系统。驱动系统与CNC的位置控制系统配合，位置增益可以达到301/s以上，适用于大部分数控机床的位置控制。

SIEMENS公司常用的交流模拟式伺服主要有6SC610系列、6SC61lA系列两种规格。其中，6SC610系列产品为SIEMENS公司早期的模拟型交流伺服驱动产品，它主要与该公司的1FT5系列交流伺服电动机配套，作为数控机床的进给驱动系统使用。系统以±10V模拟量作为速度给定指令，内部采用速度、电流双闭环控制，PWM调制。该系列产品的伺服驱动独立组成装置(不与主轴驱动一体)，全部进给轴共用整流电源，轴调节器模块与功率驱动模块可根据机床需要选择。驱动装置最大可以安装6个轴的调节器模块与功率驱动模块，输入电压为三相交流165V，直流母线电压为DC210V，6轴最大总功率可以达到40kW。

6SC611A系列产品为SIEMENS公司在6SC610基础上改进的模拟型交流伺服驱动产品。它与6SC610的主要区别是：主轴驱动器与伺服驱动器共用电源模块与控制总线，是一种进给轴、主轴一体化的结构形式，整体体积比6SC610系列大大缩小。6SC61lA系列产品中的伺服驱动器主要与该公司的1FT4、1FT5、1FT6系列交流伺服电动机配套，系统仍然以±10V模拟量作为速度给定指令，其余性能与6SC610相似。 

SIEMENS公司常用的交流数字式伺服主要有6SC611D系列、6SC611U系列等规格。其中，SIEMENS 611U/Ue是目前SIEMENS常用的数字式伺服驱动系统，其基本结构与61lA、611D相似，采用模块化安装方式，主轴与各伺服驱动单元共用电源。

611U/Ue用于进给驱动的伺服驱动模块有单轴与双轴两种结构型式，带有PROFIBUSDP总线接口，控制电动机的最高频率可以达到1400Hz。伺服驱动模块带有SIN/COSlVpp增量编码器信号接口，编码器检测信号可以达到65535脉冲/转、350kHz，内部还可以进行128倍频；也可以采用绝对编码器。611U/Ue驱动器可以与SIEMENS公司的1FT6系列、1FK6系列伺服电动机或IFN系列直线电动机配套，对伺服驱动系统的速度与电流环进行闭环控制。与数控系统配套后，通过CNC的位置环控制，构成全数字式伺服驱动系统。伺服电动机的最大输出转矩可达140N•m。

5.3.1  6RA26系列直流伺服系统的故障诊断与维修

1．6RA26**系列直流伺服驱动器简介

6RA26**系列直流伺服驱动器主回路采用晶闸管三相全控反并联桥式整流电路，逻辑无环流双闭环调速，电流环为内环，速度环为外环。系统速度环与电流环均采用P、I独立可调的比例一积分(P1)调节器，改变比例系数P不会影响积分常数I，反之亦然，为系统调整提供了方便。

为了提高系统的可靠性，该系列驱动器主要采取了以下措施：

1)晶闸管采用了填充式双脉冲触发信号电路，可以有效防止“逆变颠覆”。

2)驱动器除常规的保护外，还设置了相序保护与欠压保护两种保护措施，提高了可靠性。

3)通过电流给定的静态“颤动偏置”，以及采用比例系数较大(P>5)的电流调节器，提高了系统的快速性。

4)电流调节器引入了电流自适应控制，且比例系数与积分常数独立调节，使系统在轻载情况下仍然能运行平稳，增加了系统的调速范围。

5)系统的速度调节器引入了加速度调节环节，可以有效防止超调。

在结构上，数控机床常用的6RA26**系列直流伺服驱动器由以下控制板组成：

1)调节器板A2，它包括了速度调节器、电流调节器、触发脉冲控制、速度/电流反馈信号的输入回路等。

2)电源与触发控制板A3，它包括了驱动器的直流控制电源、触发同步信号、锯齿波与触发脉冲控制、调节器封锁等部分的控制线路。

3)触发脉冲变压器板A4，它安装有12只触发脉冲变压器以及相应的阻容吸收元器件。

4)功率板，主要安装有12只晶闸管(6对)与相应的阻容吸收元器件。

5)在与1GS系列他励直流伺服电动机配套时，驱动器还可以增加励磁控制与调节板A01、A02。

6)在大功率的伺服驱动器上还安装有带有加速度调节器的速度给定积分控制板A1，通过加速度调节器的调节，可以改变速度给定信号的斜坡上升时间。

以上各控制板被分别安装在可以180°翻转的机架上，控制板上安装有带刻度的可调电位器与状态指示灯，为维修带来了方便。

2．6RA26**系列直流伺服驱动器的状态指示

SIEMENS 6RA26**系列直流伺服驱动器设有不同的状态指示灯，其含义如下：

(1)故障指示灯V79  故障指示灯V79安装于电源与触发控制板A3上，当指示灯亮时代表驱动器存在故障，其可能的原因有：

1)电源相序接反。

2)电源缺相或相位不正确。

3)电源电压低于额定值的80％。

(2)200ms延时封锁指示灯V78  200ms延时封锁指示灯V78安装干电源与触发控制板A3上，当指示灯亮时代表驱动器处于“停止”状态，可能的原因有：

1)电枢回路或励磁(1GS系列他励直流伺服电动机)回路断线。

2)速度反馈信号断线。

3)测速发电机不良。

4)励磁电流太小(1GS系列他励直流伺服电动机)。

5)驱动器的控制端63未加入使能信号。

6)驱动器的控制端64未加入使能信号。

(3)调节器释放状态指示灯V103  调节器释放状态指示灯V103安装于电源与触发控制板A3上，当指示灯亮时代表驱动器处于“封锁”状态，可能的原因是驱动器的控制端64未加入使能信号。

(4)正组工作状态指示灯V56  调节器正组工作状态指示灯V56安装于调节器板A2上，当指示灯亮时代表驱动器主回路SCR的正组处在工作状态。坐标轴静止时，由于闭环调节作用，正组工作状态指示灯V56与下述的反组工作状态指示灯V55交替闪烁。

(5)反组工作状态指示灯V55  调节器反组工作状态指示灯V55安装于调节器板A2上，当指示灯亮时代表驱动器主回路SCR的反组处在工作状态。与上述正组工作状态指示灯V56一样，坐标轴静止时，与正组工作状态指示灯V56交替闪烁。

当伺服驱动器使用A1速度给定积分控制板时，该板上还安装有以下状态指示灯。

(6)速度达到指示灯V6  当实际伺服电动机转速与给定转速相等时，指示灯亮；同时，伺服驱动器内部速度到达继电器动作，驱动器输出速度到达触点信号。在加减速过程中，由于实际转速与给定速度不同，指示灯不亮，速度到达信号为“0”。

(7)驱动器过电流指示灯V7  此指示灯指示驱动器过电流，当驱动器在加减速时，即使驱动器输出电流大于给定电流，指示灯亦不亮。但当加减速过程结束，并经200ms延时后，若实际输出电流仍然大于给定电流，则指示灯亮，驱动器内部继电器动作，并输出过电流触点信号。

(8)实际速度低于给定速度指示灯(欠速)V8  指示灯V8指示驱动器处在欠速状态，当驱动器在运行过程中，由于某种原因，使电动机实际转速低于给定速度时，指示灯亮，且驱动器内部继电器动作，并输出驱动器“欠速”触点信号。

3．6RA26**系列直流伺服驱动器的常见故障

6RA26**系列直流伺服驱动器出现故障时，如故障指示灯亮，可以根据上述的指示灯V79、V78、V103状态，判别故障原因。对于指示灯未指示的故障，常见的故障及产生故障可能的原因如下。

(1)电动机转速过高  产生电动机转速过高的原因主要有以下几种：

1)电动机电枢极性接反，使速度环变成了正反馈。

2)测速发电机极性接反，使速度环变成了正反馈。

3)他励伺服电动机的励磁回路的输入电压过低，如：励磁控制回路的电压调节过低或励磁回路断线。

4)速度给定输入电压过高。

(2)电动机运转不稳，速度时快时慢

1)伺服单元参数调整不当，调节器未达到最佳工作状态。

2)由于干扰、连接不良引起的速度反馈信号不稳定。

3)测速发电机安装不良，或测速发电机与电动机轴的联结不良。

4)伺服电动机的碳刷磨损。

5)电枢绕组局部短路或对地短路。

6)速度给定输入电压受到干扰或连接不良。

(3)电动机起动时间太长或达不到额定转速。

1)伺服单元的给定滤波器参数调整不当。

2)伺服单元的励磁回路参数调整不当，励磁电流过低。

3)电流极限调节过低。

(4)输出转矩达不到额定值

1)伺服单元的电流极限调节过低。

2)速度调节器的输出限幅值调整不当。

3)伺服单元的励磁回路参数调整不当。

4)伺服电动机制动器未完全松开。

5)电枢线连接不良，接触电阻太大。

(5)伺服电动机发热

1)伺服单元的电流极限调节过高。

2)伺服单元的励磁回路参数调整不当，励磁电流过高。

3)伺服电动机制动器未完全松开。

4)绕组局部短路或对地短路。

4．6RA26**系列直流伺服驱动器的检测与调整

6RA26**系列直流伺服驱动器设计有较多的调整电位器，用于调节伺服驱动器参数与动、静态性能，这些电位器的作用与通常情况下的调整值见5-23。

除以上调整电位器外，为了维修方便，6RA26**系列直流伺服驱动器还设有调整、设定与检测端，其含义见表5-24。

表5-23  6RA26**系列直流伺服驱动器电位器调整表

表5-24  6RA26**系列直流伺服驱动器的调整与设定