数控系统Z55通信故障的分析和故障排除

               作者：　hhhfffqqq

摘要：本文论述了在调试三菱数控系统过程中排除“通讯故障”的方法，论述了电能回生单元，变频器，开关电源对系统通讯的影响及实验过程。

 

关键词：数控系统  干扰    通讯故障

 

   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

     电机：HA300NC；

     编码器：OSE104

1．2   硬件布置：

1．2．1  CNC控制器与显示器，基本I/O 单元安装于操纵箱内；

1．         2。 2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米，（经过坦克拖链）用随行电缆相连。

 

2． 通信故障报警：

2．1 与常规现象的不同通信故障报警

  上电以后，系统“READY”的绿灯亮1秒后熄灭，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 ”随机的变化，其表示有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；这表示由于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，而远程通信的绿灯是亮的表示其“通信正常”。而且“EMG    STOP”报警表示PLC程序停止运行。但实际上NC 内的PLC程序 在正常的运行，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 RI/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。

3．1.  通信电缆型号选用是否正确以及通信电缆是否有脱线或虚焊；

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。 在较长距离连接时使用了SH411电缆。  由于其没有屏蔽线接地，也出现Z55报警。而且其报警出现是随机的，没有规律。

 

3．2    当控制器与基本IO之间的通讯电缆CF10插头松动或电缆故障时，会出现Z55报警。

3。3   当主电机回路绝缘不好时出现过Z55报警。这是电机的接地线和通信电缆R211的屏蔽线共地引起的故障.

3．3   对远程I/O 的供电是否正常。需要检查电源的容量和电压；

3. 4    远程I/O 单元硬件有故障。

3．5  外部干扰的影响；

 

   4． 排除故障的方法及相关实验：

 按照常规的抗干扰措施。进行了一步步的排除工作；

4．         1 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要求线粗0。3平方毫米，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其线粗0。12平方毫米，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：

a.   要求客户将动力线与通信线分开穿管走线，依旧报警。

b.       要求客户制作0。3平方毫米通信线，换通信电缆后依旧报警。

c.      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，在将线径加大很粗时，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。

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：从新改善了接地系统，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。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                    “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，还要将制动过程的回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”是一强大的干扰源。

5．2                    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”是一强大的干扰源。

5。3  直流开关电源也是干扰源。

  5．4 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：

        5．4．1  伺服系统及其“电源再生单元”的影响：

  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小时内未出现报警。此时伺服系统包括“电源单元”处于上电状态；4小时后出现过同一报警。

 

5。4。2     将远程I/O 单元从控制柜中移出1米，上电后不马上出现报警，在3—5分钟后出现同一报警； 将远程I/O 单元从控制柜中移出5米，上电后不出现报警，在1-2小时后出现同一报警；

   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。那开关电源的影响有多大呢？

     5．4．3开关电源的影响

（客户原采用一般市售DC24V直流开关电源）

   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小时内未发生报警；

  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米之外，在2小时内偶有报警发生。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米之外，在4小时内偶有报警发生，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．         经过综合分析：得出如下结论：

   6．1 。通信电缆必须达到0。3平方毫米的要求而且要有屏蔽层。

   6．2  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；

  6．3  应该将远程I/O单元，基本I/O单元与上述干扰分开装与不同的电柜中。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。

 

在本案例中，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。