西门子840D系统实用诊断与维修技术

姚丹

(大连橡胶塑料机械有限公司,辽宁 大连 116033)

1 NCU简介

NCU单元集成了840D的CPU和PLCCPU芯片，包括数控软件和PLC软件。NCU面板上有7段数码显示，正常状态为“6”，其他显示均为不正常，而NCK和PLC的两个LED灯 只有最上面的两个绿灯亮为正常， N黄灯（CB）为 “偶尔闪烁”为正常（见图 1）。

图 1 NCU 指示灯

NCU最常见的报警就是“120202 等待与NC/PLC的连接 ”和“120201 通讯失败”。

1.1 120202 等待与 NC/PLC 的连接

遇到此类故障表现为，NCU数码显示不为“6”、机床操操作面板所有按钮灯闪烁、NCK和PLC的LED所有灯亮。而一般情况下，这种报警经常出现在机床第一次上电后，而大部分维修人员首先认为是不是NCU坏了。首先，要细致的观察数码显示中是否有显示，譬如“.”“2”等等，如果没有显示，我的推荐是：等待5 min，下电，重新上电。一般重新上电NCU就正常了。而如果遇到NCU数码显示中有显示，这时候重启就是没有效果了，只能选择NC总清。一般 NC总清后，PLC的LED“PS”和“PF”红灯也会亮，所以PLC也要总清。具体步骤：

（1）NC总清：将S3的箭头指向1，按下旁边的“reset”建，等待NCU的数码显示恢复到“6”。然后箭头恢复到 “0”。

（2）PLC总清：将S4的箭头在“2”和“3”之间摆动，一般摆动4～5次，箭头恢复到“0”，看“PS”和“PF”灯是否熄灭，如果不亮了，则PLC总清完成。

总清后，如果7段数码显示和LED显示都正常，那表示NCU没有问题，而如果还是无显示或者显示不是“6”，那NCU有问题。而NC和PLC总清后，所有NC数据、PLC程序、螺距补偿、操作工自己编写的程序将清空，所以维修人员要会“备份数据”和“还原数据”。别因为NCU故障引起程序丢失。备份可以通过PCU50备份，也可以用数据线备份，本人认为最可靠的就是用PCU50备份简明、安全、可靠。

（1）备份简要步骤如下：在“启动”设定密码中，输入密码“SUNRISE”，然后点击“服务”-“连续启动 ”，选择要备份的内容，“NC”，“PLC”，“MMC”包括“螺距补偿文件”都可以选择，也可以选择自己想备份的文件，选择上了是“X”，然后按“文档”建，系统就开始备份了。

（2）还原的步骤就是在“连续启动”中，右上角有一个“读取档案文件”，这里就有你备份的文件，通过光标移动选择你要还原的数据，然后按“开始”，系统就开始还原数据了。

1.2 120201 通讯失败

这种报警也是许多维修人员头疼的问题，维修过程中一般首先检查：

（1）首先检查手持单元和面板提供的24 V电压是否正常。

（2）检查手持单元，关于手持单元，一般情况下HHU的故障都是线接触不良、短路、断路引起的，而通讯失败这种报警一般都是由于手持单元线的问题引起的，手持单元的线接法对应图（表1）。

表1 手持单元接线示意图

但是即使我们测量线是一一对应的情况下，也不能说线就是没有问题的，毕竟HHU是经常使用的，不排除拉伸的情况下，引起的断线或者短路，因此如果还出现故障，应该用一个新的HHU替代来判断到底HHU是否有问题。

2 驱动器

主轴模块和进给轴模块都是数字驱动模块，只是分单轴和双轴，我们经常用到的几个接口是：（X411、X412这两个是电机编码器的反馈接口），（X421、X422这两个是光栅尺反馈接口），（X141是驱动总线接口），（X151是设备总线接口），还有一个下X35的指示灯。而一般如果电气硬件或者是电气伺服参数引起的故障，X35红灯都会亮，而如果是机械引起或者是电气参数引起的轴运行后出现的报警，X35红灯一般不会亮。而轴伺服参数在调试后，一般是没有问题的，所以只要红灯亮基本上都是电气硬件故障，例如：25000 主动编码器硬件出错、25001 从动编码器硬件出错、300515 轴散热器温度超差、25201 轴伺服故障、3000614轴超过电机温度等等。以上都是维修中经常出现的故障。我逐一给大家举例说明：

2.1 25000 主动编码器硬件出错、25001 从动编码器硬件出错

这两个报警也是西门子840D数控系统经常出现的报警。所谓主动编码器、从动编码器就是哪个检测系统是第一检测系统，光栅尺设定为第一检测系统就是主动编码器，电机编码器就是从动编码器，也就是我们所说的全闭环系统，如果电机编码器设定第一检测系统，那就是半闭环。

这两个报警极少同时出现，因为光栅尺和编码器检测回路同时检测有问题的几率较小，如果出现，一般有三种可能：参数；数字驱动模块坏；光栅尺和编码器检测回路有问题。

首先应该检查参数，一般全闭环正常的参数30200=2，30230【0】=1，30230【1】=2，30240【0】=1， 30240【1】=1。这里重点要检查30230的两个参数，有些机床设计者将30230的两个值都设置为2，这样只要光栅尺反馈有问题，那么主动编码器和从动编码器都报警，这样给很多维修人员造成错觉，容易搞不清楚，此时只要改动如下参数：30200=1，30230【0】=1，30230【1】=2，30240【1】=0，然后 NCK 复位， 此时必须使DB3*.DBX1.5=1，此时加上使能，旋转一下轴，如果一切正常，那么就证明是光栅尺反馈回路有问题。如果还报警主动编码器硬件出错，那么两种反馈系统都有问题。这里补充一点关于屏蔽光栅尺的方法除了刚才说的这一种，也要了解很多厂家在PLC设计中，将轴DB3*.DBX1.6置位为1，这时候你在面板上无论改任何参数都是无效。例如：（图2）和（图 3）。

还有一种是最复杂的，利用MD14512这个参数来设定控制DB3*.DBX1.6,如图4。

这里的DB20.DBX103.7就是MD14512【3】里面的第7位（如图5），在第7位选择“X”，则就相当于DB20.DBX103.7=1，这样就控制了全闭环和半闭环的切换。

当然，不论如何变化，只要掌握了方法，屏蔽光栅尺就变得简单了。

而光栅尺问题诊断最方便快捷的方法用一个好的读数头替换，如果还报警可以替换反馈线，仍然报警，那只能把光栅尺拿下来擦洗，光栅尺属于高精密检测元件，无论装卸和擦洗要小心、谨慎。如果没有装卸经验的，我推荐维修人员请光栅尺厂家前来指导维修。

图2 光栅尺为第一检测系统PLC程序方法1

图3 光栅尺为第一检测系统PLC程序方法2

图4 光栅尺为第一检测系统PLC程序方法3

图5 MD14512参数示意图

相对比光栅尺的诊断，编码器的装卸比较简单，主要注意在拆下编码器后，先不要转动编码器，现观察伺服电机轴上是否有一条黑色刻度线，那是电机的原点，如果看不清或者没有，请标记，因为我们的编码器也有一个原点，这两个原点要尽量重合，不然电机加上使能后，电机如果没有安装在机械上，电机会剧烈颤动，如果安在机械上，机床轴会飞车，甚至出现事故，这点要尤为注意。

2.2 25201 轴伺服故障

这个报警一般都是因为其他的报警才同时出现的，所以解决这个报警的是首要看其他的报警，把其他的报警解决掉，那么重启或者NCK复位，这个报警就会消失。

2.3 300515 轴散热器温度超差

这个报警为什么我要重点说一下呢？当然是因为数控机床的电控柜是密闭且有空调的，而很多公司当空调损坏或者降温效果不好时，为了不耽误生产，便将电控柜的柜门打开，继续生产，这样的结果当然使得空气中的灰尘进入到电控柜中，而所有模块都有散热风扇和散热片，灰尘长时间的堆积，便使得散热片和风扇堵塞，引起温度超差报警，严重的话会引起模块短路损坏，因此，我认为：数控机床如果存在报警和问题，不要迁就，不要因为生产紧张而屏蔽报警或者继续工作，这样的结果就是故障越来越多，或者问题更加严重，从而造成更大的损失。

2.4 3000614轴超过电机温度

数控机床这个报警不经常发生，但是有时候却报警譬如：“3000 急停”或者“25201轴伺服故障”、21612轴伺服使能位移时被复位。而且这些报警能消除，但是工作一会又报警，这时候我们通过机床一般手段也很难知道是什么原因引起的故障，此时我们就必须用到软件step-7PLC软件来诊断原因，840D系统的很多机床设计者把step-7软件安装在了硬盘上，这样维修人员可以通过操作面板的界面就可以进入PLC诊断界面，比如：（图6）我们公司有一台12 m龙门加工中心，设计者在急停信号（db10.dbx56.1）前面的条件加入了电机过热监控信号（DB3*.DBX94.0），这样只要电机过热，由于电机的温度没有超过参数MD1602设定的预报警温度，所以数控机床只是提示“急停”报警，而如果不采用PLC诊断，那么你将坠入这个报警的误区里，总以为是外部急停引起的问题。Step-7软件是一个合格维修人员必须会用的标尺，许多问题利用step-7软件都很快的定位故障的问题所在，因此，这项技能必须被所有的维修人员所重视。

3 总结

图6 电机温度控制程序

西门子840D数控系统的故障诊断和维修不单单需要强大的理论为基础，维修经验的提高对快速定位故障原因也起到了非常重要的作用，能为维修人员少走不少弯路。笔者举例说明的目的，就是在维修过程中遇到的一些常见问题进行分析，给广大西门子数控维修人员借鉴。但遇到故障时，还是根据实际情况，冷静的分析问题，这样才能事半功倍。

[1] SINUMERIK 810D/840D简明调试指南，北京：西门子，2006.

[2] 周炳文.故障诊断及维修技术500例，北京：中国知识出版社，2006.8.

[3] 郑小年.杨克冲.数控机床故障诊断与维修，武汉：华中科技大学出版社，2005.9.

[4] 王润孝，秦现生.机床数控原理与系统第2版.西安：西北工业大学出版社，1997.6.