JCS-018機床直流調速系統故障的分析與處理

摘要：在分析FANUC-DC直流調速系統的工作原理的基礎上，對使用FANUC-DC調速系統的JCS-018機床的
  摘要：在分析FANUC-DC直流調速系統的工作原理的基礎上，對使用FANUC-DC調速系統的JCS-018機床的X軸故障進行分析與處理。
    我廠的JCS-018數控機床在使用過程中發現X軸有振動引起的噪音，并且，在X軸停轉時的機械位置偏離了指令位置。反復試驗，該現象仍存在，其偏離值不重復。
    1 FANUC-DC調速系統的工作原理
    FANUC-DC是直流可逆邏輯無環流雙閉控制系統，電流為內環，速度為外環，對永磁式直流伺服電動機電樞進行調速，4個象限運行。該調速系統框圖如圖1所示。
    
    圖1 FANUC-DC調速系統框圖
    該調速系統主要由下面各部分組成。

       1. 速度調節器
              速度調節器包括濾波、比較及比例積分三個部分。圖中VCMD是來自數控系統的速度指令信號，電機正轉時VCMD為正，反之則為負：TSA來自測速發電機的速度反饋信號，極性與VCMD的極性相反。
       2. 電流調器
              在電流調節器的輸入端有幾組輸入信號，各自有相應的線路。
              電流反饋信號CH7，來自電樞電流檢測線路，調阻器調節其反饋量。
              電流調節器的輸出通過CH10加于偏置放大器輸入端，經偏置放大后送脈沖發生線路。SING送入相控制電路。
       3. 電樞電流檢測器及限流電路
              取自于主回路電阻CDR的電壓加于CD1和CD2端，該電壓代表電樞電流值，經電流檢測放大器后再取絕對值后經CH7輸出，加于電流調節器。同時，CH7經反相后與電流極限設定值比較，當過電流時輸出一負信號到偏置放大器的同相輸入端，將CH10箝位，從而限制CH9的電平，使電樞電流限定在整定的幅度。
       4. 方向控制電路
              方向控制電路是FANUC公司自制的的集成電路。其輸入信號來自電流調節器的S1GN信號。當S1GN=0時，輸出SGA=0、SGB=1，開放正組橋的控制脈沖而封鎖反組橋的控制脈沖，電機正轉。當S1GN=1時，SGA=1，SGB=0，電機反轉。在正反向切換時，為實現無環流系統，這套方向控制電路設置了延時電路，保證電流降到零后再給欲開放組的可控硅施加控制脈沖。
       5. 觸發脈沖發生器
              該伺服系統所用的觸發脈沖發生器是集成元件HA16612G。該芯片的輸入信號：PCMD為直流控制電平輸入，PCMD的大小變化就改變了可控硅的控制角。除此外，該芯片還有同步信號輸入端，正反向控制信號輸入端。芯片的8腳接地，16腳接+15電源。該芯片輸出FP、FN、RP、RN4個脈沖信號。FP、FN控制正組橋，RP、RN控制反組橋。FP與FN相差180°。該系統共用了3塊HA16612G芯片，分別用于U、V、W三相控制。其中，UFP、VFP、WFP相差120°。三塊HA16612G芯片的輸出脈沖經過驅動線路放大后再脈沖變壓器耦合至可控硅控制極G，K為可控硅陰極。本系統可控硅的控制使用雙窄脈沖，其間隔相差60°。

    2 故障分析與處理
    首先，我們判斷振動噪聲來自電氣還是機械。脫開電機與傳動絲桿的連接，試機床噪音仍存在。可見故障來自電氣。我們對電機，主回路進行檢查，結果全部正常。故障肯定是由控制回路引起。
    測量電機電流波形，測得電機正、反轉時電流波形如圖2所示。
    
    (a)正轉 
    (b)反轉   圖2 電機正反轉電流波形
    從這兩個波形上看出三相控制回路中有一相發生故障。讓電機正轉，我們測正組橋各可控硅的控制極信號，結果，SCR1、SCR2、SCR3、SCR4、控制極的信號均為一個個相隔20ms的單脈沖。測3塊HA16612G芯片的輸出端UFP、UFN、VFP、VFN、WFP、WFN。結果測得UFP、 UFN沒有輸出。測量U相觸發脈沖發生器的同步電壓波形，直流控制電平PC-MD及方向控制信號SGA、SGB、0V電平、+15V電源均未發現異常。因此可以肯定U相觸發脈沖發生器HA16612G芯片損壞了。讓電機反轉，同樣發現故障在U相的脈沖發生器上。
    更換HA16612G芯片，再試車，故障排除。
    3 結束語
    經過上述對FANUC-DC調速系統的原理分析，及對X軸故障的分析處理，我們發現：X軸運行時振動是由三相整流電路有一相可控硅沒有被觸發而引起電流斷續而引起的，而停止時位置偏差則是由振動引起的。