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【数控维修】SINUMERIK系统中“轮廓监控”等轴监控报警解析

在西门子840D/810D以及802D/C等系统使用中,经常出现轴“轮廓监控”、“静止监控”、“定位监控”等报警信息。这些轴监控信息都表示了轴位置的超差,但所代表的含义是有差别的。
 1、 轮廓监控
 诊断手册中对于25050轮廓监控的描述,从字面上看:当一个轴的位置环生效后,如果NCK计算出的插补给定值点与实际到达点之间的误差超过轴监控数据MD36400中规定的公差带后,就会出现“轮廓监控”报警。更简单地说:轴的位置没有到位。
需要注意的是,“轮廓监控”报警一般出现在轴启动瞬间。当需要轴运动时,NC在给定指令发出后如果发现轴不能在设定的循环监测周期内到达给定的预定位置,超出了误差带,就会出现“轮廓监控”报警。轴启动后不能如预计的那样到达预定位置,不外乎有三种可能性:

 A. 机械负载偏大:当机械负载过大而电机选择偏小时,电机无法很快带动负载驱动,于是就不会在预定时间内到达预定位置,导致报警;

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 B. 加速度设置过大:机械负载虽然合适,但是为了追求过高的轴动态响应特性,将轴加速度MD32300设置得太大,也可能使得电机瞬间过载,无法驱动负载,因此报警。此时可以将加速度MD32300中的数值减小些;
上述两种因素从本质上说是差不多的。
C. 伺服模块故障:这种情况下往往由于功率模块或者控制模块出现问题,导致没有实际电流输出或者输出电流不足,电机无法驱动负载,导致报警。有时候会只有一个“轮廓监控”报警,但也有可能还会出现“最大电流监控”或者“速度控制器输出限制”等过电流类的报警。这种情况可以从“诊断->服务显示->驱动服务”中看出:启动瞬间,电机给定转速有了,但没有平滑电流输出同,所以没有实际转速,因此报警,否则可能是驱动本身的问题。
对于新的机电系统的设计,如果电机与负载匹配不当也会导致“轮廓监控”报警。特别是当负载的折算转动惯量和电机自身惯量不匹配的情况下,会频繁导致“轮廓监控”报警,即使能运动,其运动过程也不会正常。对于交流同步伺服电机,比较合适的转动惯量比值是:
电机惯量:负载折算惯量=1:1,最大不超过1:3,如果超过则需要经过很好的驱动优化后才可以使用。
 2、 静止监控
  “25040静止监控”也有时被称为“零速监控”,是指当轴处于Standstill (可以理解为“运动中的静止”)时的实际位置超差。轴在STANDSTILL时使能处于满足状态,位置环是生效的,电机有力矩地带着负载处于“位置保持”状态。
如果此时出现实际位置超过了轴数据MD36030中所规定的公差带,则报警“静止监控”。轴保持不动时怎么会动了呢?这一般都是由于外力所致,这个外力一般是负载突然变大了。对于垂直轴来说可能配重出现问题等。导致电机扭矩不够了,无法保持住轴的位置,发生了变化。一般地说,对此报警,增大轴公差带数值所起的作用有限,还是要查具体原因。
 3、 定位监控
 “25080定位监控”是指当轴从运动到停止瞬间出现的实际位置超差。NCK对于预计到达的位置,使得电机按预想的加速度减速停止,无论是第1测量系统(电机编码器)或者第2测量系统(如光栅尺)生效,在规定的定位时间内,测量系统反馈回来的位置数值应该先后在粗、精停公差带内,就算轴到达了预定位置,而如果在规定时间内测量系统反馈回来的位置数值却显示轴没有停在精停公差带内,于是报警“定位监控”。增大粗、精停公差带参数MD36000/MD36010能起到减少报警作用,但不是根本解决方法同,仍需要查具体原因。一般一说,如果该轴原来一直正常,而后来逐渐出现这个报警,这一般都是由于机械传动链某个部件出现问题或者由于长期磨损,导致机械惯量或者运动重复性出现变化,或者直接测量系统(如光栅尺)位置变化松动所致。
例如,当滚珠丝杠的推力轴承出现间隙过大时就很有可能导致“定位监控”报警。而如果光栅尺安装不符合要求也容易导致轴停止时振荡不止,出现“定位监控”报警。
对于超范围使用机床,例如一个工作台被压上了超过其最大承重的工件,导致机械惯量增大很多,就很容易出现“定位监控”报警。
 4、总结
 综上所述,三个报警分别描述了三个不同阶段的位置超差情况。
 25050轮廓监控:轴启动时的位置超差。通俗地说“让轴动怎么没有动起来”
 25040静止监控:轴停顿时的位置超差。通俗地说“让轴停着怎么动起来了”
 25080定位监控:轴停止时的位置超差。通俗地说“让轴停下来怎么没停到位”
5、故障举例
监控类的故障:一种是由于数控装置发出伺服轴的运动指令之后,伺服轴没有运动或者运动过慢,或者伺服轴已经运动,但是数控装置没有得到移动的反馈。另一种可能是由于数控装置没有发出轴运动的指令,但伺服轴却自己运动。
出现这个报警的原因可能是伺服电机损坏,光栅尺、编码器、伺服装置或者机械传动出现问题。列出几个例子:
Z轴作垂直方向运动,为了防止断电后Z轴由于重力原因下滑,采用带有机械抱闸伺服电机。系统断电后,抱闸起作用,通电时,在伺服系统准备好后,抱闸打开,由伺服系统控制Z轴电机运行。如果急停开关打开后,抱闸则得电失去作用,此时如果伺服系统还没有准备好(模块故障),Z轴由于重力下滑,这时会引起监控故障的报警。
进给轴通过的丝杠由于润滑不良,或者由于进入铁屑,导致阻碍轴的运行(有可能慢速运行的时候不会出现故障报警,而快速运行时阻碍轴运行),此时轴的运行受到反方向的弹力,这时会引起轴的监控故障报警。
如果编码器损坏,有可能会造成进给轴的飞车,并且出现监控类的报警。可以用手抡慢慢的移动出现故障的这个轴,查看该轴的坐标显示变化情况。然后根据出现的报警情况,检查是否由于轴模块的控制板故障,还是由于编码器断线,或者编码器本身出现故障。
如果轴模块的控制板出现故障,那么插补器发出运动指令信号后,没有让相应的轴动起来,这样的话也就没有位置的反馈信息,也会由于跟随误差增大而导致监控类的报警。
如果编码器的脉冲丢失,会导致轴的实际移动位置和该轴在OP上显示的数值不同(实际位置超前),因此工件的进给会过大,可能会导致工件与刀具相撞,并导致跟随误差过大而产生监控类报警。
反馈测量系统电缆插头接触不良,有可能会导致轴运行起来一顿一顿的,并且坐标数值也时快时慢的变化,并产生监控故障报警。
如果伺服控制模块损坏,也许会导致坐标轴实际上不运行,并且导致监控类报警。
机床开机 加工8个小时左右就出现轮廓监控。经常性出现X轴轮廓监控报警,偶尔出现Z、Y 轴  。更换一块新的611U电源模块还是这样。电压407V 左右波动。首先检查一下负载情况、机械润滑等问题,一一排除;接下来:如果这种只是偶尔出现的话,建议可以适当把MD36400 参数放大点;如果在停止刹车时才出现可以适当提高增益MD32200;如果还不行,可以适当降低加速度MD32300;位置检测元件异常未跟上负载也会出现,如果是半闭环,一般不存在这种情况。
Y轴立柱在前后移动过程中出现微微震动,在导轨的后二分之一处不振动也不报警,前二分之一段震动比较明显,只要一震动机床就报警,检查Y轴允许偏差MD36400为0.02MM,应该属于正常。检查原因,是由于电机和丝杆连接处轴承座有点间隙,但不是非常明显,现调节间隙后没报过警。
从字面意义上简单地说:对于一个轴,当NCK计算出的给定值点与实际到达点之间的误差超过轴数据MD36400规定的误差后,就会出现“轮廓监控”报警。
 为了更好地理解“轮廓监控”,需要和其它两个类似报警进行对比说明—“25040静止监控”和“25080定位监控”。这两个实际上也都是说实际位置和给定位置间误差超差,但是它们之间的区别是什么呢?明白了其中的区别就能更好地理解其含义。
 “25040静止监控”是指当轴处于Standstill(理解为“运动中的停歇”)时的实际位置超差。轴在standstill时使能处于满足状态,位置环是生效的,电机有力矩带着负载处于“位置保持”状态。此时如果出现实际位置超差肯定是由于外力导致。这个外力或者是负载突然变大了,或者是其它人为施加的,导致电机扭矩不够了,位置发生了变化。一般地说,对此报警,增大MD36030的数值所起的作用有限,还是要查具体原因。
 而“25080定位监控”是指当轴从运动到停止瞬间出现的实际位置超差。如果该轴原来一直正常(说明轴参数中公差带设置合适),而后来出现这个报警,这一般都是由于机械传动链某个部件出现问题或者由于长期磨损,导致机械惯量或者运动重复性出现变化,NCK按预想的加速度减速停止,而反馈回来的位置数值却显示轴没有停在精停公差带内,于是报警。增大MD36000/MD36010能起到一定的作用,可以减少报警,但不是根本的解决方法,仍需要查具体原因。
 “25050轮廓监控”与上述两者均不同:“轮廓监控”报警出现在启动瞬间。当需要轴运动时,NC给定发出后如果不能在设定的监测周期内到达给定的预计位置,超出了误差带,就会出现“轮廓监控”报警。注意:既不是静止时,也不是停止时,是给定启动瞬间!
 简单地说,三个报警分别描述了三个不同阶段的超差情况。
 25050轮廓监控—轴启动时的位置超差;
 24040静止监控—轴停顿时的位置超差;
 25080定位监控—轴停止时的位置超差。
 2.“轮廓监控”报警的原因
 轴启动后不能如预计的那样到达预定位置,不外乎有三种可能性:机械负载偏大,加速度设置过大,伺服故障。
 当机械负载过大而电机选择偏小时,电机无法很快地将负载驱动起来,于是就不会在预定时间内到达预定位置,导致报警。
 或者机械负载虽然合适,但是为了追求过高的轴动态响应特性,将轴加速度MD32300设置得太大,也使得电机瞬间过载,无法将负载驱动起来,因此报警。此时可以将加速度MD32300减小些。
 上述两种因素从本质上说是差不多的。
 还有一种情况就是伺服故障。这种情况下往往由于6SN1123功率模块或者611D控制模块出现问题,导致没有电流输出或者输出电流不足,电机无法驱动起负载,导致报警。有时候会只有一个“25050轮廓监控”报警,但随着情况的恶化,还会出现“300501/300607”等过电流类的报警。这种情况可以从“诊断->服务显示->驱动服务->电机给定转速/实际转速/平滑电流”项目中能看出来:启动瞬间,电机给定转速有了,但没有平滑电流输出,所以没有实际转速,因此报警,则一般都是驱动本身的问题。现场只要仔细观察,不难发现问题所在。
 3.电机-负载匹配不当也会导致“轮廓监控”
 对于新的设计,如果电机—负载匹配不当也会导致“轮廓监控”报警。特别是当负载的折算转动惯量和电机自身惯量不匹配的情况下,会频繁导致“轮廓监控”报警,即使不报警其运动也不会平滑。
 对于1FT6/1FK类电机,比较合适的折算转动惯量比值是:
 Motor: load = 1: 1 up to 1: 3

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