西門子驅動模塊維修功能分析及故障診斷

西門子611D驅動功能分析及故障診斷 

SINUMERIK840D/810D 配置的驅動一般采用 SIMODRIVE 611D，它包括兩部分，即電源模塊和驅動模塊。

 本文通過分析介紹兩種模塊的工作原理和功能，驅動模塊的 檢測方法，結合實際工作中電源和驅動模塊出現的故障現 象，針對不同的故障原因，提出相應的故障診斷和維修方 [關鍵詞]數控機床電源模塊 驅動模塊 故障，診斷 TM 前言西門子SIMODRIVE 611 系列驅動系統是一種高性能驅 動系統，能滿足數控機床對驅動系統的穩定性和技術性能方 面等要求，包括高要求的動態響應，速度整定范圍以及平 滑運行特性，通常用于西門子802D、840D、810D 以及海德漢 等數控系統中，實現機床的驅動功能。

611D 電源模塊主要功 能是提供直流母線電壓、電子電源、使能信號以及故障監控 功能。驅動模塊一般由功率模塊和控制模塊以及驅動總線組 成，實現伺服對位置、速度和電流三個閉環控制。

 電源模塊西門子SIMODRIVE 611D 系列電源模塊，通常也稱為饋 電模塊，主要為數控單元和進給驅動裝置提供控制和驅動用 的電源，即產生直流母線電壓和電子電源，同時監測電源和 模塊的狀態，通常直流母線電壓根據饋電模塊的類型，電源 模塊分為不可控電源模塊稱為UI 電源模塊，可控電源模塊稱 電源模塊。

可控饋電模塊直流母線電壓穩定在600VDC，而不可控饋電模塊的直流母線電壓在490―644VDC 范圍內波動，電子電源主要有+15VDC，-15VDC，24VDC 5VDC，由DEVICEBUS 設備總路線輸出，供數控單元和驅動模 塊內部工作使用。

 1.1 不可控饋電模塊 不可控電源模塊采用不可控的功率二極管來實現整流 功能，把外部三相380V 交流供電電源整流為直流電源，通常 直流電壓的經驗為UDC=1.35UAC。UI 不可控饋電模塊的直流 母線電壓不可調節，適用于低壓應用場合，通常有5KW，10KW 以及28KW 等級。

在UI 型饋電模塊中，因為采用功率二極管 進行整流，所以當電機制動或減速時，直流母線上產生的制 動能量不能回饋到電網，這種制動能量可以存儲在直流母線 上的大電容里。 

1.2 可控饋電模塊 可控饋電模塊大的特點是直流母線電壓可調節，直 流母線上的制動能量可以反饋到供電電網實現再生。它的整 流部分采用IGBT 功率晶體管實現整流。

1.3 電源模塊常見故障分析 

1.3.1 5V，5V 故障燈亮 公司中捷FK125 數控機床，采用西門子611 驅動，電 源模塊上的15V，5V 紅色指示燈亮，說明這兩種電源電壓出 現故障，故障原因有兩個方面：電源模塊本身電子電源轉換 電路有問題；所聯接的外部負載出現問題。首先關斷電源， DC-Link 電壓降到安全范圍，斷開X151（軸模塊上），斷開 端子X121、X141、X161、X171，上電，這時候故障消失，說 明電源模塊本身沒有問題，可能在端子接口中有短路情況存 在。

然后將端子依次加上去，發現是X151 扁平電纜的問題。 當加到W 軸模塊時出現兩紅色指示燈亮起，說明驅動模塊有 問題，將模塊的控制板取出來，更新，這時故障排除。 

1.3.2 外部供電電源故障燈亮 公司043-017 號昆明道斯數控加工中心，出現電源模 個指示燈中左邊下面紅色指示燈亮，說明外部電源有故障。首先要確定故障出現在上電時（Power up）還是在 使能時（Enable）。

如果在上電時，檢查端子U1、V1、W1 X181是否缺相，并檢查一下供電電壓是否正常。如機床是在 使能時出現紅色指示燈亮，則有可能是功率模塊的故障，或 者電源模塊本身故障。斷開電源，等到DC-Link 電壓降到安 全范圍，從電源模塊處斷開直流母排的連接端，這樣就將所 有的驅動模塊從直流母線上脫開。然后上電檢查電源模塊。 

故障依舊，說明驅動模塊沒有問題，故障應該出現在電源模 塊，更換電源模塊后故障排除。 驅動模塊611D 數字控制模塊用于控制1FT6/1FK7/1FN1/1FE1 1PH電機的運行，611D 結構有單軸模塊和雙軸模塊兩種。

驅動模塊分為功率單元和數字閉環控制單元，通過設備總線與 驅動總線連接到系統。由于611D 數字控制單元結 SINUMERIK840C 或SINUMERIK840D 才能發揮其作用，所以 611D 的控制參數要通過840C 或840D 數控系統設定。

 2.1 驅動模塊連接 驅動模塊上的脈沖使能觸點T663/9 是一個輸入信號， 當T663/9 觸點閉合時，驅動模塊各進給軸控制回路開始工 作，控制信號對該模塊上的所有軸都有效。“脈沖使能”信 號由PLC 控制，有條件地使能各個驅動模塊，如果直接短 接，則系統一旦上電，驅動模塊的控制立即進入工作狀態。 

2.2 功率單元的檢測方法 如果功率模塊發生故障，那么集成在內部的半導體器 件（IGBT）就會有反應，可以通過電阻測試很容易地檢測出 來。從圖04 可以看出驅動模塊功率單元的工作原理，功率 單元實現電源逆變主要靠6 個IGBT 晶體管的導通/關斷動作 以及續流二極管的導通.關閉驅動的電源，等直流母線放電結 束，斷開電機的連接端子（U2、V2、W2）。直流母線M600、 P600 上把模塊與其他相鄰的模塊斷開。用萬用表的正極測試 M600 端，負極測試P600 端，如圖05 所示。萬用表顯示的兩 個二極管的壓降值大約在0.7V ，如果顯示的壓降值在0V 者大于2.2V，則說明模塊有故障。

2.3 進驅動模塊常見故障分析 

2.3.1 功率模塊故障 公司FK110 數控機床，在加工的過程中出現“25201” 伺服故障報警。產生故障的原因有多方面的，如伺服電機、電纜出現問題；機械傳動部分阻力過大；功率模塊內部 故障等等。首先重啟機床，上電完成后沒有出現報警，說明 模塊通過了自檢，如有報警基本上可以肯定是驅動模塊損 壞。第二步，加上驅動模塊的使能后，如果馬上產生報警， 原因主要是伺服電機、動力電纜短路或接地，說明功率模塊 本身有問題。第三步，選擇JOG 模式，進給倍率選擇在低速 區，正、負方向移動一下就出現25201 號報警，通過軸驅動 參數1708 號查看負荷率，負荷率在移動瞬間只有40%多，說 明機械傳動部分正常。

 2.3.2 散熱器溫度報警 公司奧地利EMCO 數控車床出現300515 號報警，功率 單元大溫度超出，這是功率模塊常見報警之一。原因有 兩方面，機械傳動阻力過大，造成電流值過大，功率單元的 散熱器溫度過高；還有就是功率模塊散熱風扇壞。其監控機 制如圖06 所示。在實際的維修工作中，特別夏季出現頻繁， 絕大多數是因為散熱風扇不工作造成的報警，通過更換風扇 故障排除。 結束語 在對模塊故障診斷前，必須熟知各模塊接口的定義， 掌握模塊好壞的檢測方法。特別是對于驅動模塊，同一個報 警代碼可能產生故障的原因有很多種，如出現25201 伺服故 障報警時，有可能是功率模塊本身有故障，也有可能是電纜 線，伺服電機損壞，也有可能是機械傳動部分出問題，也有 可能是測量系統有故障造成的，等等。要根據其它的報警提 示，結合模塊監控參數，觀察模塊的指示燈狀態，聽傳動部 位聲音等手段來綜合診斷故障點。

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