王莉刚

（中国航发哈尔滨东安发动机有限公司，黑龙江哈尔滨 150066）

0 引言

数控机床具有技术密集和知识密集两个特点，高效自动化和生产效率。数控设备的发展提高工业企业的生产技术水平，促进工业企业的发展。数控系统是数控设备的核心，如果数控系统发生故障，将影响数控设备的正常运行，数控系统发生故障后，需要迅速诊断、及时解决问题。目前数控系统种类多，例如西门子840DSL 系统、三菱系统等，这些系统功能不同，结构多样，内部程序复杂，因此维修的方法也不同。

1 西门子840DSL 系统简介

西门子840DSL 系统是完整的PC 集成式数控装置，和SINAMICS S120 驱动系统结合使用。带有开放式架构硬件和软件的控制装置，结构开放、灵活又统一，可用于钻削、冲压、激光、车削、铣削、磨削等工艺，特别适用应用于传送线和回转分度机、刀具和模具制造、木材和玻璃加工、高速切削等场合。

欧洲对数控机床的要求是必须带有安全集成功能，用于保证操作人员的人身和财产安全。一般数控系统在设计时就会进行安全等级的评估，配备相应的安全模块，西门子840DSL 系统已经获得欧盟CE（CONFORMITE EUROPEENNE 欧洲统一）认证，其安全集成功能是以EN62061 和ENISO1384-1 为标准研制的，安全集成系统通过SPL（Safe programmable logic，安全逻辑程序）来执行指令，并且还能进行实时监控，保证机床的绝对安全。

西门子840DSL 系统具有革新的系统结构，拥有更高的品质和更高的分辨率，拥有强大而完善的功能，能够适用于所有工艺功能，这些特点让西门子840DSL 系统得到广泛的应用，成为中高端数控系统的首选。

2 西门子840DSL 系统组成与优点

2.1 西门子840DSL 系统组成

西门子840DSL 系统主要分为三部分：

（1）HMI（Human Mahine Interface）也叫做人机界面。主要由人机单元PCU（Package Control Unit，分组控制单元），MCP（Machine Control Panel，机床控制面板），以及键盘鼠标选配的触摸屏等组成，实现加工与仿真，数据管理和上位机通信。

（2）控制、通讯系统。主要有NCU（Numerical Control unit 数控单元），PLC（Programmable Logic Controller 可编程控制器），以及外围通信模块，输入输出模块等，实现插补运算和数字量模拟量控制。

（3）S120 驱动系统。主要由S120 驱动系统，1FK 系列伺服电机。具有节能、高动态、稳定可靠的进行轴向运动、插补等优点，另外的优点就是S120 驱动系统可以单独与其他西门子工业自动化产品组合，作为运动控制系统.

西门子840DSL 系统中，人机交互界面相当于人的大脑和心脏，数控和驱动相当于人的四肢。西门子840DSL 系统可持续稳定运行的重要原因就是因为他们之间密切合作。

2.2 西门子840DSL 系统优点

西门子840DSL 系统具有以下优点：

（1）设计紧凑到位。西门子840DSL 系统是封闭性的，在NCU 单元上集合了驱动控制和通信模板，在一定程度上降低了设备的布线成本。

（2）开放性和灵活性。西门子840DSL 系统具有高开放性和高灵活性，由于数控系统的软件和硬件都十分强大，具有可伸缩性，使用不同类型的NCU，可以满足不同的设计需求。基于以太网的通信解决方案和强大的PLC 通讯功能，系统能够良好的支持所有类型的电机。

（3）动态性能好和加工精度高。西门子840DSL 系统在封闭环境中运行，保障设备能够获得最佳的运行状态，能够实现优质的表面加工质量，优化了刀具和模型制造的方案，通过调节电源模块的受控直流电路能够有效的防止母线电压波动。

西门子840DSL 系统特征和优势都十分显著，稳定性强，故障发生率低，使用寿命长，但是在使用过程中，还有一些客观或者主观因素影响着系统的运行，产生系统故障。

3 西门子840DSL 系统故障诊断方法

3.1 感官分析法

顾名思义就是利用人的感官对故障发生时的表现进行判断。这种方法是最直接和行之有效的，一些小问题可以用该方法直接解决。例如西门子840DSL 系统发生故障，通过观察故障发生在何处，是否有火花产生，有异响发生，闻其是否产生异味等，然后进一步观察故障处的电控元件情况，对有烧焦、断裂处进行查看，进一步缩小范围。该方法经常适用于电气短路、断路、过载等，当然这一方法对维修人员要求较高，要求维修人员有一定的经验，善于观察。

3.2 自我诊断预警

西门子840DSL 数控系统中，软件和硬件都能够实行报警功能。在系统中安装硬件报警指示装置，例如NC 主板上安装报警指示装置，通过指示灯的亮和灭，来判断NC 主板是否故障。西门子840DSL 数控系统中液晶显示器能够运行自我诊断机制，当系统出现故障时，液晶显示器能够快速诊断并作出预警，预警类型有误操作报警、设定错误报警等。

3.3 参数的校对

西门子840DSL 数控系统中参数的变化会直接影响到数控设备的功能，甚至还会使其发生故障。虽然在设计初期，参数都设定好，但是在实施过程中，存在干扰因素使得设定的参数发生变化。例如在工作中人为操作改变参数，就会导致系统出现异常，因此需要运维人员定期进行参数校对，发现参数有变化，则对变化的部分进行分析找出故障的部位和原因。

3.4 备份元件替换

故障发生，运维人员可以通过更换设备的元件进行检验，查看是否是该元件出现故障，这种方法需要运维人员有一定的专业水平，否则就是工程量大，成本高。

3.5 逻辑分析法

西门子840DSL 数控系统故障诊断还要用到逻辑分析法。从系统的工作原理开始分析，掌握各个部位的运行参数和原理，这样才能根据故障表现出来的状态来分析故障部位和原因。

4 西门子840DSL 系统故障实例分析

西门子840DSL 数控系统的加工中心A 轴带有液压刹车功能，但是每次测试液压刹车制动功能时都会发生警报，测试失败并且A 轴力矩电机发出啸叫声。观察发现制动测试时A 轴有1°的转动，超过了轴参数36967（制动测试的位置公差）规定值，现在想要修改36966（制动测试的保持力矩）或者36967 的值，以暂时解决该故障，但是修改后数控系统再次上电就出现警报。

问题很明显，这是在做测试停的时候，进入到A1 的抱闸测试时，出了问题。测试停和抱闸测试在西门子安全功能中，无法通过NC 来实现。这是完全依靠PLC 实现的功能，NC（numerical control，数控机床）只是被动接受PLC 给出的信号，来确定该功能是否完成。复制确认SI 数据，只能将错乱的数据扳回来，还是无法避免测试停以失败为结局。而测试停不通过，则意味着机床无法正常工作。抱闸测试时，需要将被测试的轴从NC 的通道中取出，变成中性轴，再变成PLC 轴，所有的一切都在PLC 内完成。通过固定点停止功能FC18 来完成，并通过FB11 监控其整个过程的完成情况和时间，从而确认你的抱闸测试是否通过。期间，倍率保持100%。在PLC 中找到先后调用FB11 和FC18的地方，大多是指针寻址。这两个块各有一个出错代码输出，找出错误代码，进行修正，故障解除。

5 西门子840DSL 系统维修技巧

5.1 零点调整

零点调整步骤：例如ERN1387 编码器。①把设备的后盖拆卸下来，让编码器显露出来，对编码器进行零点调整；②重新设置编码器的参数。将34100（轴在参数店坐标值）修正，修正后和原来差10 mm 则将参数34100 调至10；③校正设置的参数。由于新设置的参数与过去的参数可能存在差距，所以要进行校正，现在的零点和原来的零点相差多少，就输入多少，校正完毕就完成了零点调整。零点调整是西门子840DSL 数控系统维修常用方法之一，有利于提高故障维修效率。

5.2 检查功率模块

西门子840DSL 数控系统的故障中，故障率最高的就是功率模块故障，由于故障发生率较高，所以需要运维人员定期对功率模块进行检查，维护其稳定运行。功率模块检查主要是用万能表进行的，因为万能表的特性，能够在系统运行过程中测量出电流值及电压值参数，运维人员通过检查结果与标准参数对比，可以分析出系统的故障状况。将万用表打到电阻档，用万用表的正表笔接到功率模块的直流电压输入端子上，地接功率管的三相电源输出上，此时万能表测量出的电阻值应为无穷大，如果不是无穷大则存在故障。

5.3 优化驱动

驱动系统是西门子840DSL 数控系统的主要组成部分，所以维护西门子840DSL 数控系统就需要对驱动进行优化，特别是电流环、位置环和速度换的优化。①电流环优化。西门子840DSL 数控系统的电流环从出厂开始，参数都设置好了，并且这些参数都是按最优原则进行设置的，所以在后期使用过程中不需要频繁的对电流环进行优化，只需要定期查看和运行试验就可以了；②速度环优化。速度环决定系统的实际运行效率，为了提高运行效率，就需要对速度环进行设置，设置到最佳速度。速度环的速度还受其材料的影响，材料不同，其驱动性能也不同，所以需要选用更符合标准的材料；③位置环优化。位置环优化需要按照实际情况进行，实行具体问题具体分析。

6 结语

数控机床系统故障需要分模块进行分析检测，首先要充分了解各部分的定义和警报提示，参照参数等进行观察找出故障点。西门子数控系统发展很多年，技术成熟，目前通用的是西门子840DSL 数控系统，其使用的范围较广，而且维修技术也很成熟，有经验的运维人员掌握其维护方法、诊断技巧和维修技巧，基本都可以处理系统故障问题。