FANUC交流伺服系统的常见故障与维修

FANUC交流伺服系统的常见故障与维修FANUC交流速度控制单元有多种规格，早期的交流伺服为模拟式，目前一般都使用数字式伺服，在数控机床中，常用的规格型号有以下几种：1)与FANUC交流伺服电动机AC0、5、10、20M、20、30、30R等配套的模拟式交流速度控制单元。它是FANUC最早的AC伺服产品，速度控制单元采用正弦波PWM控制，大功率晶体管驱动。在结构形式上，可以分单轴独立型、双轴一体型、三轴一体型三种基本结构。单轴独立型速度控制单元，常用的型号有A06B-6050-H102/H103/H104/H113等；双轴一体型速度控制单元，常用的型号有A06B-6050-H201/H202/H203等；三轴一体型速度控制单元，常用的型号有A06B-6050-H401/H402/H403/H404等，多与FANUC11、0A、0B等系统配套使用。2)与FANUC交流S(L、T)系列伺服电动机配套的S(L、C)系列数字式交流伺服驱动器，它是FANUC中期的AC伺服产品，驱动器采用全数字正弦波PWM控制，IGBT驱动。其中，S系列用量最广，规格最全；L系列只有单轴型结构，常用的型号有A06B-6058-H001-H007/H102/H103等；C系列有单轴型、双轴型两种结构，常用的单轴型有A06B-6066-H002-H006等规格，常用的双轴型有A06B-6066-H222~H224/H233、H234、H244等规格。作为常用规格，S系列有单轴型、双轴型、三轴型三种结构，常用的单轴型有A06B-6058-H001~H007/H023/H025等；常用的双轴型有A06B-6058-H221~H231/H251-H253等规格；常用的三轴型有A06B-6058-H331-H334等规格；多与FANUC0C、11、15系统配套使用。3)与FANUCα/αC/αM/αL系列伺服电动机配套的FANUCα系列数字式交流伺服驱动器，它是FANUC当前常用的AC伺服产品，驱动器带有IPM智能电源模块，采用全数字正弦波PWM控制，IGBT驱动。FANUCα系列数字式交流速度控制单元有如下两种基本结构形式：①各驱动公用电源模块(PSM)、伺服驱动单元(SVM)为模块化安装的结构形式，驱动器可以是单轴型、双轴型与三轴型三种结构。常用的单轴型有A06B-6079-H101~H106等，常用的双轴型有A06B-6079-H201~H208等规格，常用的三轴型有A06B-6079/6080-H301～H307等规格，多与FANUC0C、15A/B、16A/B、18A、20、21系统配套使用。②电源与驱动器一体化(SVU型)的结构形式，各驱动器单元可以独立安装，有单轴型、双轴型两种结构，常用的单轴型有A06B-6089-H10l~H106等规格，常用的双轴型有A06B-6089-H201~H210等规格，多与FANUC0C、0D、15A/B、16A/B、18A、20、21系统配套使用。4)与FANUCβ系列伺服电动机配套的FANUCβ系列数字式交流伺服驱动器，它亦是FANUC当前常用的AC伺服产品，采用电源与驱动器一体化(SVU型)的结构，驱动器带有IPM智能电源模块，采用全数字正弦波PWM控制，IGBT驱动。可以使用PWM接口、I/OLink接口，亦可以采用光缆接口。型号为A06B-6093-H101~H104/H151~H154//H111-H114，多与FANUC0TD、PM01等经济型数控系统配套使用。5)与FANUCαi系列伺服电动机配套的FANUCαi系列伺服驱动器是FANUC公司的最新产品，它在FANUCα系列的基础上作了性能改进。产品通过特殊的磁路设计与精密的电流控制以及精密的编码器速度反馈，使转矩波动极小，加速性能优异，可靠性极高。电动机内装有16000000脉冲/转极高精度的编码器，作为速度、位置检测器件，使系统的速度、位置控制达到了极高的精度。αi系列驱动器由电源模块(PSM)、伺服驱动器(SVM)、主轴驱动器(SPM)等组成，伺服驱动与主轴驱动共用电源模块，组成伺服/主轴一体化的结构。伺服驱动模块有单轴型、双轴型、三轴型三种基本规格。标准型(FANUCαi系列)为200VAC输入，常用的单轴型有A06B-6114-H103~H109等，双轴型有A06B-6114-H201-H211等，三轴型有A06B-6114-H301~H304等。高电压输入型(FANUCαi(HV)系列)为400VAC输入，常用的单轴型有A06B--6124-H102~H109等，双轴型有A06B-6124-H201-H211等，目前尚无三轴型结构。FANUCαi系列交流数字伺服配套的数控系统主要有FANUC0i、FANUC15i/150i、FANUC16i/18i/l60i/180i/20i/21i等。1．模拟式交流速度控制单元的故障检测与维修FANUC模拟式交流速度控制单元的故障诊断与维修方法与直流速度控制单元类似。对于“CRT无报警显示的故障维修”的分析、处理方法与直流PWM速度控制单元一致，参见前述。(1)速度控制单元上的指示灯报警与直流PWM速度控制单元一样，FANUC模拟式交流速度控制单元亦设有报警指示灯，这些状态指示灯的含义见表5-7。表5-7速度控制单元状态指示灯一览表代号含义备注代号含义备注PRDY位置控制准备好绿色OVC驱动器过载报警红色VRDY速度控制单元准备好绿色TG电动机转速太高红色HC驱动器过电流报警红色DC直流母线过电压报警红色HV驱动器过电压报警红色LV驱动器欠电压报警红色在正常的情况下，一旦电源接通，首先PRDY灯亮，然后是VRDY灯亮，如果不是这种情况，则说明速度控制单元存在故障。出现故障时，根据指示灯的提示，可按以下方法进行故障诊断。1)VRDY灯不亮。速度控制单元的VRDY灯不亮，表明速度控制单元未准备好，速度控制单元的主回路断路器(参见图5-13、图5-14、图5-15)NFBl、NFB2跳闸，故障原因主要有以下几种：①主回路受到瞬时电压冲击或干扰。这时，可以通过重新合上断路器NFBl、NFB2，再进行开机试验，若故障不再出现，则可以继续工作；否则，根据下面的步骤，进行检查。②速度控制单元主回路的三相整流桥DS的整流二极管有损坏(可以参照图5-13、图5-14、图5-15主回路原理图，通过万用表检测)。③速度控制单元交流主回路的浪涌吸收器ZNR有短路现象(可以参照图5-13、图5-14、图5-15主回路原理图，通过万用表检测)。④速度控制单元直流母线上的滤波电容器C1~C4有短路现象(可以参照图5-13、图5-14、图5-15主回路原理图，通过万用表检测)。⑤速度控制单元逆变晶体管模块TMl~TM3有短路现象(可以参照图5-13、图5-14、图5-15主回路原理图，通过万用表检测)。⑥速度控制单元不良。⑦断路器NBFl、NBF2不良。图5-13、图5-14、图5-15分别为常用的单轴、双轴、三轴型交流速度控制单元主回路原理图，其余型号的原理与此相似。2)HV报警。HV为速度控制单元过电压报警，当指示灯亮时代表输入交流电压过高或直流母线过电压。故障可能的原因如下：①输入交流电压过高。应检查伺服变压器的输入、输出电压，必要时调节变压器变比。②直流母线的直流电压过高。应检查直流母线上的斩波管Q1、制动电阻RM2、二极管D2以及外部制动电阻是否损坏。③加减速时间设定不合理。故障在加减速时发生，应检查系统机床参数中的加减速时间设定是否合理。④机械传动系统负载过重。检查机械传动系统的负载、惯量是否太高；机械摩擦阻力是否正常。3)HC报警。HC为速度控制单元过电流报警，指示灯亮表示速度控制单元过电流。可能的原因如下：①主回路逆变晶体管TMl~TM3模块不良。②电动机不良，电枢线间短路或电枢对地短路。③逆变晶体管的直流输出端短路或对地短路。④速度控制单元不良。为了判别过电流原因，维修时可以先取下伺服电动机的电源线，将速度控制单元的设定端子S23短接，取消TG报警，然后开机试验。若故障消失，则证明过电流是由于外部原因(电动机或电动机电源线的连接)引起的，应重点检查电动机与电动机电源线，若故障保持，则证明过电流故障在速度控制单元内部，应重点检查逆变晶体管TMI~TM3模块。4)OVC报警。OVC为速度控制单元过载报警，指示灯亮表示速度控制单元发生了过载，其可能的原因是电动机过流或编码器连接不良。5)LV报警LV为速度控制单元电压过低报警，指示灯亮表示速度控制单元的各种控制电压过低，其可能的原因如下：①速度控制单元的辅助控制电压输入ACl8V过低或无输入。②速度控制单元的辅助电源控制回路故障。③速度控制单元的+5V熔断器熔断。④瞬间电压下降或电路干扰引起的偶然故障。⑤速度控制单元不良。6)TG报警。TG为速度控制单元断线报警，指示灯亮表示伺服电动机或脉冲编码器断线、连接不良：或速度控制单元设定错误。7)DC报警。DC为直流母线过电压报警，与其相关的原因主要是直流母线的斩波管Q1、制动电阻RM2、二极管以及外部制动电阻不良。维修时应注意：如果在电源接通的瞬间就发生DC报警，这时不可以频繁进行电源的通、断，否则易引起制动电阻的损坏。(2)系统CRT上有报警的故障FANUC模拟式交流伺服通常与FANUC0A/B、FANUCl0/11/12等系统配套使用，当伺服发生报警时，在CNC上一般亦有相应的报警显示。在不同的系统中，报警号及意义如下。1)FANUC-0系统的报警①4N0报警：报警号中的N代表轴号(如：1代表X轴：2代表Y轴等，下同)，报警的含义是表示n轴在停止时的位置误差超过了设定值。②4N1报警：表示n轴在运动时，位置跟随误差超过了允许的范围。⑧4N3报警：表示n轴误差寄存器超过了最大允许值(±32767)；或D/A转换器达到了输出极限。④4N4报警：表示n轴速度给定太大。⑤4N6报警：表示n轴位置测量系统不良。⑥940报警：它表示系统主板或速度控制单元线路板故障2)FANUCl0/11/12系统的报警①SV00报警：测速发电动机断线报警。②SV01报警：表示伺服内部发生过电流(过负载)报警，原因同OVC报警。③SV02报警：速度控制单元主回路断路器跳闸。④SV03报警：表示伺服内部发生异常电流报警，原因同HC报警。⑤SV04报警：表示驱动器发生过电压报警，原因同HV报警。⑥SV05报警：表示来自电动机释放的能量过高，发生再生放电回路报警，原因同DC报警。⑦SV06报警：电源电压过低报警，原因同LV报警⑧SV08报警：停止时位置偏差过大。⑨SV09报警：移动过程中，位置跟随误差过大。⑩SVl0报警：漂移量补偿值(PRMl834)过大。⑾SVll报警：位置偏差寄存器超过了最大允许值(±32767)；或D/A转换器达到了输出极限。⑿SVl2报警：指令速度超过了512KP/s。⒀SVl3报警：驱动器未准备好报警，原因同“VRDY灯不亮”故障。⒁14)SVl4报警：在PRDY断开时，VRDY信号已接通。⒂15)SVl5报警：表示发生脉冲编码器断线报警，原因同TG报警。⒃16)SV23报警：表示发生伺服过载报警，原因同OH报警。其余SV报警，详见附录中的FANUCll报警一览表。此外，通过CNC的诊断参数，还可以进一步确认故障的原因与伺服驱动器的各种状态信息，有关内容可参见本章第5.2.3节。2．数字式交流伺服驱动单元的故障检测与维修(1)驱动器上的状态指示灯报警FANUCS系列数字式交流伺服驱动器，设有11个状态及报警指示灯，指示灯的状态以及含义见表5-8。以上状态指示灯中，HC、HV、OVC、TG、DC、LV的含义与模拟式交流速度控制单元相同，主回路结构与原理亦与模拟式速度控制单元相同，不再赘述。表5-8中，OH、OFAL、FBL为S系列伺服增添的报警指示灯，其含义如下。表5-8FANUCS系列驱动器状态指示灯一览表代号含义备注代号含义备注PRDY位置控制准备好绿色DC直流母线过电压报警红色VRDY速度控制单元准备好绿色LV驱动器