王诗凯，何 佳，姚佳维

（上海工具厂有限公司，上海 200093）

1 西门子840D 数控系统及其PCU 简介

西门子840D 系列数控系统其HMI 人机对话界面主要通过后台NCU 和PCU 两个系统控制。其中NCU 以Linux 系统为基础，PCU 则以Windows 系统为基础，考虑其维护和OEM 二次开发的兼容性及两大操作系统在民用、商用、工业等领域的占比。目前就工厂所引进的各类数控机床及外厂服务中所见，基本以搭载PCU 为主。

西门子840D 系列数控系统中搭载的PCU，即PC 单元，可以理解为一台功能强大的工业计算机。它有自己独立的CPU、内存、电源，可以搭载硬盘，包含USB、RJ45 标准网络、串口、DVI视频等接口。OP 单元是这台计算机的显示器。PCU 主要用于人机可视化交互，如操作、程序编辑、诊断等前台程序的运行，近几年PCU 更新较快，依赖其运行的Windows 系统也已从早期的Windows NT 发展到Windows XP 及当今的Windows 7，最新的型号是PCU 50.5 是基于Windows 7 系统开发及运行的。

2 PCU 系统故障现象

工厂中一台新引进搭载840D 数控系统的中高端进口专用机床，在经过外方和内部调试验收后开始正常使用约半年后，从偶尔发生系统启动缓慢，逐渐发展到在其HMI 面板中操作各类控制指令会出现屏幕卡滞和机床实际运行与其不同步现象，对机床的正常运行和人员对产品的正常校车安全性产生极大的隐患。对可能的故障进行排查并分析。

（1）机床定置位于工厂内较为开阔的区域，没有具备独立的空调制冷或除湿机除湿，恰巧初次发生故障节点为6 月中旬，天气潮湿闷热。考虑其运行环境后，先对电气柜内自带空调进行制冷检测，通过温度计及滤网检测发现制冷情况良好，排除过热因素。其次，早晚首次开机前人工观察各电气接口处是否存在水汽及接口氧化情况，结果均正常，排除水汽致使接口氧化引起接触不良，影响PCU 系统控制端问题。

（2）电压波动的可能性，通过一周内连续多次使用多用表对机床380 V 电源及电气柜内部用于供给PLC 的24 V 开关电源进行测压，结果也均在范围内，排除电压波动引起PLC 控制异常反应到PCU 系统控制端问题。

（3）通过巡查发现该机床操作员会使用机床HMI 面板中所带USB 接口连接手机，经询问仅利用其接口充电（后期对操作员警告并通知所在工段长，数控设备USB 接口不得随意使用），排除PCU 系统病毒感染的风险。

（4）由于故障现象主要为系统运行卡滞和缓慢，从PCU 系统的硬件上考虑，其系统均安装在硬盘中而不是CF 卡中，怀疑硬盘可能存在坏道或数据线接线不良引起。拆开HMI 后面板露出PCU 系统设备，再经过拆解后发现其搭载为Intel SSD 固态硬盘而非传统的机械硬盘，磁盘坏道的可能性几乎为零。对SATA 数据接口检测，接口紧实正常无氧化，数据线无明显外伤和形变（图1）。

图1 PCU 模块与硬盘

（5）在确认正常使用设备及设备运行环境能满足其基本需求的情况下，只能联系外方技术员通过PCU 系统中TeamViewer 远程监控840D 系统及OEM 软件的运行参数，在监控过程中由于只对840D 系统及OEM 软件的运行参数监控而忽视了其都运行在Windows 7 系统上，所以在多次连线监控过程中都未发现异样。由于需要为TeamViewer 远程软件联网配置IP 地址，故从外方获取高级管员账户和密码，以便登入PCU 中Windows 7 系统，为后续发现问题提供了线索（图2）。

图2 使用高级管员账户和密码登入Windows 7 系统

3 最终故障点的发现及解决方案

使用高级管员账户和密码即可登入PCU 中Windows 7 系统。在为TeamViewer 远程监控配置联网IP 过程中偶然看到C盘分区仅为20 GB，且几乎已完全占用，只余约600 MB 左右可用空间。根据多年的日常维修经验，基本断定C 盘分区可用空间不足，是造成系统卡滞运行缓慢但不蓝屏或跳黑的原因。

在发现故障点后，针对C 盘分区空间不足问题，可采用两套方案：①软方案：利用系统自带工具进行磁盘清理释放空间，并检查系统还原功能是否开启及KB2555428 补丁是否安装。该补丁用于解决Windows 7 和Windows 7 SP1 中存在的一个启动缓慢的问题。微软证实，如果用户在计算机中创建了太多的系统还原点，在启动系统时速度会非常慢。每个还原点都会创建一个Windows 快照，而Volsnap.sys 在系统启动进程中必须要进行验证。当创建了太多的还原点，ReadyBoot 功能的引导就可能会超过512 KB 的限制，从而导致启动I/O 操作无法预缓存，因此启动过程就会非常慢；②硬方案：利用系统自带工具或第三方软件进行系统备份及调整分区大小，从根本上解决C 盘可用空间不足的窘境。

4 方案的实施及效果

4.1 软方案的实施及效果

由于Windows 7 系统一般安装后只占用磁盘空间6～8 GB，外加840D 数控系统和厂商OEM 软件，理论上估计总占用空间应该不会超过15 GB。通过Windows 系统自带磁盘管理工具，对C 盘中的临时文件、缓存、垃圾文件和早期的还原点清理后释放出约3 GB 的空间。在检查系统历史更新中发现KB2555428 补丁并未更新，考虑其是作为840D 数控系统运作平台的专用PC，且系统为英文版，担心随意更新会对840D 数控系统和厂商OEM 软件运作有影响。故放弃手动安装更新补丁，改为关闭系统还原保护，禁止其继续创建还原点文件。经过现场测试，整个PCU 系统运作顺畅很多，但在经过1 个多月的运行后又发生原始故障现象。再次登录Windows 7 系统后查看发现C 盘可用空间又被占满，但这次通过磁盘清理后只释放出1 GB 左右空间，无故占用磁盘空间问题不在Windows 7 系统本身，可能是840D数控系统或厂家OEM 软件，只能尝试采取硬方案。

4.2 硬方案的实施及效果

4.2.1 方案的实施原因

采取硬方案直接通过调整分区容量的方式，扩大C 盘分区容量。软方案已经证明了扩大C 盘可用空间对PCU 系统运行顺畅是有效的，其次之前外方技术员已对840D 数控系统和OEM软件的运行进行过多次监控，并未发现异常。所以再次联系外方技术员告知目前情况的同时，由于其再次监控排查及更新OEM 软件等还需时间，不如扩大C 盘分区容量直接有效。

4.2.2 方案的实施步骤及细节

在确定扩大C 盘分区容量后，优先考虑西门子Service Center 功能对全盘进行备份，而后采用Windows 7 系统自带磁盘管理工具可对分区大小进行调整，但考虑其为英文界面且初次使用，不如中文版操作直观，且D 盘分区还保存部分OEM 软件数据，故把握性不大，放弃该方法。

最后决定使用较为常用方法：①将HMI 背板拆开；②取下SSD 固态硬盘（图1）；③连接USB 转SATA 数据线和外置电源模块（图3）；④与电脑连接，识别为USB 硬盘模式；⑤在该电脑上安装GHOST 软件；⑥使用GHOST 对SSD 固态硬盘全分区备份；⑦使用GHOST 对全分区进行镜像还原并同步调整分区大小；⑧断电拆线装回SSD 固态硬盘；⑨开机检验。

图3 USB 转SATA 数据线和外置电源模块

4.2.3 利用GHOST 全分区备份还原及调整分区大小

Ghost 主画面操作分为复制、备份可分为硬盘（Disk）和磁盘分区（Partition）两种。其中：Disk——表示硬盘功能选项、Partition——表示磁盘分 区 功 能 选 项、Check——表示检查功能选项。本次采用硬盘全分区备份功能故选用Disk键后展开：To Disk（硬盘复制）、To Image（硬盘备份）、From Image（备份还原）（图4）。

图4 Ghost 主画面

（1）全分区备份：选择To Image（硬盘备份）键→选择来源硬盘Source drive 的位置→选择备份档案储存的位置→按“OK”后，出现确认选择“YES”即开使执行备份。备份完成后会在所保存目录形成以一个gho 为首多个连续ghs 后缀名的镜像文件（图5），并可通过GhostExp（gho、ghs 文件查看器）软件查看备份内容是否正确（图6）。可见该硬盘存在3 个分区，SystemRese 为引导分区（Windows 7 特有）、System 为系统分区（C 盘）、Data 为数据分区（D 盘），可展开查看内部具体文件。

图5 备份后形成的镜像文件

图6 通过GhostExp 软件查看备份内容

（2）全分区还原及同步调整分区大小：选择From Image（备份还原）键→选择要还原的硬盘Destination drive→在硬盘还原（复制）窗口，可依据使用要求设定分区大小（见图7）→按“OK”后，出现确认选择“YES”即开使执行还原。图7 中已将C 盘从原始（OldSize）20 GB 重新调整（NewSize）为60 GB，从DateSize（磁盘数据）选项卡中可以看到C 盘已存储数据容量约18 GB，D 盘为220 MB 故调整对D 盘无影响。由于GHOST 自带分区功能，故可以不用第三方软件进行提前分区调整。

图7 硬盘还原（复制）窗口

4.2.4 方案的实施效果及后期跟踪情况

通过DiskGenius 进行重新分区后再用GHOST 对各分区镜像还原，相当于系统和各软件无损重装，完整保留了全部数据。机床通电，PCU 系统运行正常，在将C 盘分区从原20 GB 扩展到60 GB 后，运行速度也回到了新机时的顺畅。同时也将此情况通知外方技术员，并把备份的镜像文件发送给对方，让其能更直接的查询原因。

后期在经过1 年多的运行和巡查中，发现C 盘分区可用容量的确在不断缩小，不过可用容量缩小到27.4 GB 时就不再缩小，系统运行也无任何变化。在询问外方技术员的过程中，也没有得到明确的答复和更新包。只能通过实践判断，可能是厂方OEM 软件在运行中的确需要产生大量的缓存或临时文件。

不过最终通过利用GHOST 镜像备份还原的方式，解决了由于C 盘分区可用空间不足而引起PCU 系统卡滞缓慢的特定故障。该设备已顺畅运行2 年时间，基本判定该方案实施成功。

5 结束语

在此次故障解决过程中，前期的机电和PLC 检查均由工厂保养组完成，包括840D 系统和OEM 软件也由外方技术员检查。维修人员只在配置网络IP 地址帮助其全程诊断时偶然发现异常，结合自身日常工作中的经验，并大胆进行故障诊断与维修。随着技术的发展，数控系统的软硬件配置也越发先进，但数控系统维修不仅要从机电PLC 等传统专业手段上入手诊断，也要大胆运用日常工作中积累的知识经验，触类旁通的发现问题、排除故障。