西门子数控设备故障维修案例研究

辛生，崔寒绪

（北汽利戴工业技术服务（北京）有限公司，北京 100875）

目前，我国在很多领域都应用到了西门子控制系统，例如，3M、805 系统等在市面上的应用均十分广泛，控制系统不同，适用的控制场合也不同。常见的故障类型包括软件、硬件、PLC 控制系统和伺服系统故障，以下将针对不同故障类型的维修情况分别进行阐述。

1 软件故障维修

数控设备的控制系统也是采用计算机系统进行控制，系统内部包含软件和硬件两个部分。其中软件故障大多都是程序和数据方面的故障，当软件故障发生之后会因系统指令不准确从而导致系统运行故障。对于软件故障，只需针对具体异常情况进行数据恢复或者修正即可排除故障，以下将结合具体维修案例及维修方式进行分析。

（1）案例1：数控球道磨床控制系统开机后，一直不能进入操作界面，并提示错误。

球道磨床使用的控制系统为：西门子840D 系统。故障现象：系统开机后，出现异常显示，报警界面显示如图1 所示。

图1 西门子840D 系统错误显示

检查与分析：此系统中的MMC 装置使用的是PCU50.1，PCU50.1 是一款针对工业领域应用的计算机类型，系统自带操作硬盘，同时还可与下位机进行联动。首次开机出现异常后，将系统关机静待几分钟后重新开机，当系统进入Windows 系统引导界面后转入Siemens软件，软件打开后再次提醒报警进入上述错误界面，同时系统运行终止。信息分析：上述界面显示的软件错误信息为“cannont open log file ”，即log 文件不能被正常打开；程序错误信息为“The volume does not contain a recognized file system”，说明磁盘中的部分信息不能被识别。结合实际应用情况可知，造成上述故障的原因可能与硬盘文件不全有关，即PCU50.1 硬盘文件丢失。

故障处理：可将PCU50.1 硬盘文件删除后重新导入备份文件，恢复所丢失的文件。硬盘文件恢复并重新安装后，重新开机，系统正常运行。

数控机床系统使用过程中，应做好西门子数控系统的数据备份工作。由于大部分生产现场的环境相对较差，数控系统在运行过程中也很容易受到外界因素的影响，从而导致系统或者硬盘故障，此时，则可使用备份数据快速恢复，系统故障即可快速被排除。

（2）案例2：外圆磨床系统开机后不能正常启动，同时告警“2000 PLC sign-of-life monitoring”和“810004 Stop/abort event, error analysis via STEP7 required”。

外圆磨床使用的控制系统为：西门子810D 系统。

故障检查与分析：当发现系统故障报警后，对控制系统的CCU 模块进行检查，发现数码显示“6”，检查结果可见图2，说明CCU 模块运行正常；但SF 指示灯亮起，说明系统存在故障，同时PS 灯亮起，说明PLC 设备已经停止工作。

图2 西门子810D 系统CCU3.4 模块指示灯显示

根据上述分析可知，可能是系统控制软件出现异常，可优先对软件进行检测。

故障处理：因故障报警主要针对PLC，即系统控制程序可能出现异常。可将系统程序完全清除后，再重新下载备份文件，重新开机即可。通过备份操作后，系统正常开机。

为保证西门子系统的正常运行，需对程序文件进行备份。当系统控制模块出现程序异常后，即可立即导入备用程序。因此，在系统运行过程，也要定期进行相关数据的备份工作，尤其是NC 和PLC，这样当系统程序出现异常后即可快速恢复。

2 硬件故障维修

随着自动控制系统的日益完善，目前的数控系统均采用先进的计算机控制方法。其中西门子拥有很多先进的计算器控制系统，如810D/840D 系统，除了上位机对下位机的控制外，NCU 模块也能够实现计算机控制。虽然硬件系统的控制性能越来越强，但在实际应用过程中，仍有可能受到外界因素的影响而出现故障。一般来说，当硬件部分出现故障时，只能通过更换部分零配件或者整个硬件设备的方式来解决故障。

（1）数控淬火机床启动后，能够进入系统界面，屏幕能够正常显示。但无法进入工作程序和界面，也无系统数据反馈淬火机床使用的控制系统为：西门子840D系统。

故障分析与检查：通过对系统的运行原理进行分析，当系统正常启动后，首先MMC（PCU）会进入控制软件，当系统检测到进入正常后才会开启工作。而本次出现故障的机床使用的是PCU50.1 的MMC，通过多次系统重启操作，发现控制系统均能够正常启动，但无法进入操作系统界面，系统告警也均相同。对系统综合分析可知，可能是CPU 单元异常引起的，将CPU 单元拆下后单独进行检测，将其单独连接操作和显示装置后进行自检，自检结果异常。

故障处理：将拆下后的CPU 进行详细检查，尤其是连接线路部分，通检查发现北桥线路出现虚接情况，对虚焊位置进行重新焊接，再次进行自检，合格后重新接入系统，西门子840D 系统恢复工作。

810D/840D 系统通过上位机完成控制，因上位机是一台结合工业环境制造计算机，当CPU 现实故障时，可对控制系统进行维修。此外，现场作业过程中也发现PCU50.1 经常出现北桥虚焊的问题。

（2）外圆磨床运行过程中设备突然停止，且无法继续启动，系统告警信息显示为“2020 NCK fan alarm”。

外圆磨床使用的控制系统为：西门子840D 系统。

故障分析与检查：通过对告警信息进行分析，NCK风扇报警说明硬件部分的冷却系统运行异常。通过系统控制图纸分析可知，电池模块与NCU 风扇均安装于NCU BOX，风扇启动后，能够为NCU BOX 降温保证其正常工作。通过对风扇和电池模块进行检查，发现两者均能够正常工作，由此判断可能是NCU BOX，更换模块后依然会出现2020 报警，由此判断故障点可能是与NCU BOX 插接相连的NCU 模块。

故障处理：拔下NCU 模块检查确实存在故障，维修后重新下载备份文件，安装后系统恢复正常工作。

3 PLC 报警故障维修

在西门子数控机床控制系统中，PLC 是重要的控制设备，更是系统主要的组成部分。通过PLC 能够对系统各设备的启停进行控制，通过对机床系统运行数据进行统计和分析，判断运行情况是否存在异常，并按照反馈数据作出相应的反应，防止故障事态的进一步扩大。

在西门子数控机床系统运行过程，PLC 报警是非常常见的故障类型，而且系统越复杂，出现故障的程度也会越高。当PLC 系统出现异常时，首先，需要根据系统类型和告警进行分析，确定故障出现的范围和区域。当控制系统相对简单时，一般可以通过告警确定并排除故障，稍复杂的控制系统则可大致确定故障位置后进行重点检查，而无法确定的系统则可通过梯形图调试的方法对PLC 的程序运行情况进行逐步分析，从而确定故障点。以下，将结合实际案例对PLC 报警故障的处理方法进行分析。

（1）淬火机床在运行过程中出现报警“700355 FAILURE THERE IS NOT PART DETECTION ON INPUT MANIP. CLIPPER”，告警信息出现后程序运行周期结束后自动中止。

淬火机床使用的控制系统为：西门子840D 系统。

故障分析与检查：根据告警信息可知，入口机械手未抓住工件。当出现告警信息后，对机械手位置处进行检查，发现其对工件的抓取是符合规定的。通过对机床的结构和运行原理分析，工件抓取信号通过S611 开关进行控制，由此判断可能是接近开关异常导致误报警。对开关状态进行检查，发现其与实际情况一致，机械手抓住工件时指示灯正常亮起。对S611 开关与PLC 的连接状态进行检查，发现对应的连接口出入状态为“1”，说明信号正常传递至PLC 系统。将系统的操作状态调至手动，未出现报警，对PLC 系统进行检查，相应测试结果均正常。

通过反复运行工件抓紧、放下程序，发现当出现报警故障时，机械手的动作相对缓慢。由此分析，可能是机械手动作较慢导致的信号没能在规定时间内传递至PLC，由此出现报警。拆下机械手检查内部是否故障，发现机械手内部聚集了大量的淬火液，这些淬火液在一定程度上影响了设备动作的灵敏性。

故障处理：将机械手拆除后重新组装，清除内部的淬火液，在零件连接处涂抹润滑油。

（2）淬火设备开机后无法正常运行，告警显“700148 FAILURE DOORS OPEN，E61.7”。

淬火机床使用的控制系统为：西门子840D 系统。

故障分析与检查：告警信息显示防护门关闭异常，对防护门状态进行检查，发现防护门状态紧闭。将全部防护门打开后重新关闭，故障并未被消除。对防护门的状态监测装置进行检查，所有门开关监测均为关闭状态。由此判断可能是信号传递异常导致的，对PLC 输入连接口的状态进行检查，6 个防护门的状态均为“0”。

对防护门开关的常开触点进行检查，发现触点的电压信号均为0。根据线路连接原理，当检测到机床的工作状态后，会通过图3 所示的信号转换模块完成数据的转换后输送至PLC。检查系统各部分，发现第二个模块运行状态异常，该模块连接所有防护门。将此模块与其他模块进行调换，发现调换后，该位置仍处于无电压状态，而调换至其他位置的模块则显示正常，说明所有模块均能正常工作。由此判断，可能是模块上连接的线路出现故障，将所有与模块连接的插头全部拔下，并逐个重新插回检测线路的状态。首先插入门开关E61.7 的电缆，模块显示正常，防护门的告警也消除，说明防护门线路和模块是正常的。

图3 传感器信号转换模块

然后再插入其他连接电缆，当插入E61.6 电缆时，模块指示灯全灭，说明该条线路存在设备故障，需要进行重点排查，遂根据图纸对线路及相关元器件进行检查。在对E61.6 线路接近开关及线路检查过程中，发现电缆线路出现短路状况。由此可知，故障原因为电缆短路造成信号的误传递，传感器接收到信号后，会采取一个自我防护的保护措施，关闭了24V 直流电压，由此造成门开关的输入信号变为0，出现告警。

故障处理：更换短路电缆，重新检测模块的运行情况，待检测正常后开启系统，淬火设备正常启动，报警信号消除。