三菱数控系统Z55 通信故障的分析实验和排除

付 芩

（江汉大学机电与建筑学院，湖北 武汉 430056）

某客户专用机床使用三菱数控E60 系统，在为其调试过程中，有一起“通信故障”反复出现，很长时间不能消除。由于该故障在数控系统的调试和使用过程中经常出现，笔者对引起这起故障的各种因素做了详尽分析，并且做了相关实验。提出了排除该故障的若干方法。

1 数控系统的配置和硬件布置

1.1 数控系统配置

系统：E60

基本I/O：HR341

远程I/O：DX110

电源模块：MDS-C1 -CV-55

驱动器：MDS-C1 -V1 -45

电动机：HA300NC

编码器：OSE104

1.2 硬件布置

CNC 控制器与显示器、基本I/O 单元安装于操纵箱内；驱动单元、电源供给及转换单元、远程I/O DX110 安装于电控柜内；远程I/O DX110 单元通过通信电缆与基本I/O 相连；操纵箱与电控柜相距15 m，（经过坦克拖链）用随行电缆相连。

2 Z55 通信故障报警

上电以后，系统“READY”的绿灯亮1 s 后熄灭，报警画面出现：

Z55 RIO 未连接 000A

EMG STOP；

每次上电后都出现同一报警。但本例中出现的报警现象与以前出现的不同，虽然同为Z55 报警，但是每次上电后，“Z55 RIO 未连接 000A”随机变化，通信故障站的远程站的站号从“0004”随机变化为“0008—000A”，但系统没有连接如报警信息指示的远程I/O 站。而且每次都伴有“EMG STOP”报警出现，表示由于PLC 程序停止运行引起系统急停。

出现故障报警后，观察到基本I/O 单元和远程I/O 单元上的表示远程通信的绿灯是亮的，表示远程通信是“通信正常”。而且“EMGSTOP”报警表示PLC程序停止运行；但实际上NC 内的PLC 程序 在正常运行，并没有停止。

3 对报警的分析和判断

Z55 报警的实质是：在控制器（或基本I/O）和远程I/O 之间的通讯出现了故障和错误。所以下列情况可能会引起Z55 报警。

（1）通信电缆型号选用不当以及通信电缆有脱线或虚焊。

电缆型号选用；当控制器与远程I/O 在同一控制柜内时，可以用SH411 电缆；如果控制器与远程I/O不在同一控制柜内时，必须使用FUCA -R211 电缆。FUCA-R211 电缆带有屏蔽线，其屏蔽线必须接地（屏蔽线两端有FG 端子）。SH41 电缆没有屏蔽线。本例是在较长距离（15 m 以上）连接使用了SH411 电缆，由于其没有屏蔽线接地，很可能由此也引发了Z55 报警。而且其报警出现是随机的，没有规律。

（2）控制器与基本IO 之间的通讯电缆CF10 插头松动或电缆故障。

当主电动机回路绝缘不好时出现过Z55 报警。这是电动机的接地线和通信电缆R211 的屏蔽线共地引起的故障。

（3）对远程I/O 的供电不正常。

（4）远程I/O 单元硬件有故障。

（5）外部干扰。

4 排除故障的方法及相关实验

检查基本I/O 和远程I/O 之间的通信电缆。该电缆的制作要求是线粗0.3 mm2，外加屏蔽，屏蔽层接地。而且要求通信电缆与动力电缆分开。

客户实际制作的通信电缆线粗0.12 mm2，无屏蔽层接地。而且通信电缆与动力电缆同时穿管走线。

整改措施1：（1）要求客户将动力线与通信线分开穿管走线，依旧报警；（2）要求客户制作0.3 mm2通信线，换通信电缆后，依旧报警；（3）将通信电缆屏蔽层接地，依旧报警。这样，排除了通信电缆的影响。另外，在将线径加粗时，基本I/O 上出现“通信异常”。

整改措施2：原电抗器进线端与出线端接反，改正后依旧报警。说明与电抗器接线无关。

整改措施3：更换了基本I/O、远程I/O 单元，仍然报警，排除了有关硬件的影响。

整改措施4：改善了接地系统，各单元都接地，仍然报警。由于报警信息的随机变化，可以判定是干扰引起的，况且电控柜内有电源单元、变频器等干扰源存在。

5 干扰源及其影响

5.1 干扰源

（1）电源单元。电源模块：MDS-C1 -CV-55，其功能除了向驱动器提供工作电源外，还要将制动过程的再生电流经过整波后送回电网，其间要产生大量高次谐波。所以电源单元是一个强大的干扰源。

（2）变频器。电控柜内装有变频器，变频器也是通过PWM 方式获得不同的工作频率，也会产生大量的高次谐波。所以变频器是一个强大的干扰源。

（3）直流开关电源。

5.2 相关的实验

为了判断各干扰源的影响，在工作现场做了如下实验：

（1）将数控系统设定为“无伺服系统”运行模式，脱开连接伺服系统的总线电缆；远程I/O 单元保持连接，在4 h 内未出现报警。此时伺服系统包括电源单元处于上电状态；4 h 后出现过同一报警。

（2）将远程I/O 单元从控制柜中移出1 m，上电后不马上出现报警，在3～5 min 后出现同一报警；将远程I/O 单元从控制柜中移出5 m，上电后不出现报警，在1～2 h 后出现同一报警。

这表明控制柜内有干扰源存在，而且受距离的影响。由于控制柜内的变频器未启动，只有开关电源和伺服系统工作。那么开关电源的影响有多大呢？

（3）客户原采用一般市售DC24V 直流开关电源。笔者用三菱数控系统自带的DC24V 直流电源PD25向远程I/O 单元供电，情况有所改善。一度上电后不发生报警，稍后又有报警发生。再用同一DC24V 直流电源PD25 向远程I/O 单元所管理的输入输出回路供电，在2 h 内未发生报警。

这说明良好的电源对抗干扰很重要。

用客户使用的市售DC24V 直流开关电源向远程I/O 单元供电，将开关电源移出控制柜5 m 之外，在2 h 内偶有报警发生。将开关电源移回控制柜内，报警立即发生。

换用某名牌DC24V 直流开关电源向远程I/O 单元供电，将开关电源移出控制柜5 m 之外，在4 h 内偶有报警发生，将开关电源移回控制柜内，报警立即发生。

这说明开关电源也是一较强的干扰源，在安装时应该尽量远离远程I/O 单元。

6 结论

经过综合分析，得出如下结论：

（1）通信电缆必须达到0.3 mm2的要求而且要有屏蔽层。

（2）除了伺服系统及其电源再生单元和变频器是干扰源外，一般的开关单元也是足够大的干扰源。

（3）应该将远程I/O 单元，基本I/O 单元与上述干扰源分开装于不同的电柜中。或者对装有伺服系统及其电源再生单元和变频器的电柜做足够的屏蔽。

在本例中，将远程I/O 移到操纵箱中，远离干扰源，采用标准线径的通信电缆后，故障消除。