电源故障诊断与维修技巧

1.电源常见的几种故障现象分析

电源是电路板的能源供应部分。电源不正常，电路板的工作必然异常。而且，系统控制电源不能正常接通，这是数控机床维修过程中经常遇到的故障之一，维修时必须从电源回路上入手，在常规的外观法检查后，可先对电源部分进行检查。

电路板的工作电源，有的由外部电源系统供给；有的由板上本身的稳压电路产生。电源检查包括输出电压稳定性检查和输出纹波检查。输出纹波过大，会引起系统不稳定。用示波器交流输入档可检查纹波幅值。纹波大一般是由集成稳压器损坏或滤波电容不良引起的。运算放大器、比较器，有些用单电源供电，有些用双电源供电。用双电源的运放，要求正负供电对称，其差值一般不能大于0.2V（具有调零功能的运放除外）。

数控系统中对各电路板供电的系统电源大多数采用开关型稳压电源。这类电源种类繁多，故障率也较高，但大部分都是分立元件，用万用表、示波器即可进行检查。维修开关电源时，最好在电源输入端接一只1∶1的隔离变压器，以防触电。另外为了防止在修理过程中可能导致好的元件损坏，或引发新的故障发生，最好使输入电压从0V开始逐渐增大，在输入和输出回路中都有电流、电压检测，一旦发现有过压或过流现象，即可关掉，不致造成损失。关于电源常见的几种故障现象见表4-7。

表4-7 电源常见的几种故障现象

造成数控系统故障而又不易发现的一个重要原因是干扰。随着电子元件的表面贴装化和大规模集成电路的发展，CNC的体积已越来越小。随着小型化发展，CNC单元在电气柜中多被安装在产生噪声元件较近的地方，所以应该注意干扰对CNC稳定性的影响。干扰是影响数控机床正常运行的一个重要因素。

2.常见的干扰源

常见的干扰有电磁波干扰、供电线路干扰和信号传输干扰等。

1）电磁波干扰。工厂中的电火花、高频电源等都会产生强烈的电磁波，这种高频辐射能量通过空间的传播，被附近的数控系统所接收，如果能量足够，就会干扰数控机床的正常工作。

2）供电线路干扰。数控系统对输入电压的允许范围都有要求，过电压或欠电压都会引起电源电压监控报警，从而造成停机。动力电网的另一种干扰是由大电感负载所引起的，电感在断电时要把存储的能量释放出来，在电网中形成高峰尖脉冲，它的产生是随机的。由于这种电感负载产生的干扰脉冲频域宽，特别是高频窄脉冲的峰值高、能量大，干扰严重，但变化迅速，不会引起电源监控的反应，如果通过供电线路窜入数控系统，引起的错误信息会导致CPU停止运行，系统数据丢失。

3）信号传输干扰。数控机床电气控制的信号在传递过程中若受到外界干扰，常会产生常模干扰（又称差模干扰、串模干扰）和共模干扰。图4-8所示为差模干扰的等效电路及电压波形。

差模干扰的表现形式有：

图4-8 差模干扰

1—有用信号源 2—差模干扰源 3—测量装置

①通过泄漏电阻的干扰。最常见的现象是元件支架、检测元件、接线柱、印制线路以及电容绝缘不良，使噪声源通过这些漏电阻作用于有关电路而造成干扰。

图4-9 共模干扰等效电路

②通过共阻抗耦合的干扰。最常见的例子是通过接地线阻抗的共阻耦合干扰。

③经电源配电回路引入的干扰。

干扰电压对双输入信号的干扰大小相等、相位相同时称为共模干扰。图4-9所示为共模干扰等效电路。

由于数控系统接收装置的共模抑制比一般较高，所以差模干扰的U_NI（见图4-8）对系统的影响不大。但当接收装置的两个输入端出现很难避免的不平衡时，共模电压的一部分将转换为差模干扰电压。

3.抗干扰的措施

引入CNC的噪声源是电容耦合、电磁干扰、接地环不良等。CNC对外部噪声虽然设有保护措施，但因定量地测量噪声大小和频率很困难，而且不定因素很多，因此，在极力抑制噪声产生的同时，防止已产生的噪声引入CNC，提高CNC机床的稳定性极为重要。

数控系统工作在生产现场，生产现场的振动、粉尘、湿度、温度、电磁波等因素也是影响数控机床数控系统正常运行的另一原因。因此数控机床的数控系统必须具有很强的抗干扰能力和适应环境能力，以保证在恶劣环境下正常工作。(www.xing528.com)

4.故障诊断与维修实例分析

【例4-1】某台配套SINUMERIK 810M的立式加工中心，由于接地不良引起PLC“死机”的故障。

故障诊断：加工中心在正常使用或者启动过程中经常无规律地出现CNC报警“ALM3_- PLC停止”。机床故障后重新开机，通常又可以恢复正常工作，但有时需要开、关机多次。

810M出现“PLC停止”报警的原因，一般是由于PLC没有准备好或者软件出错，使得PLC的正常工作循环中断。在条件许可时，可以使用SIEMENS PLC编程器（如PG740等），通过调用PLC编程器的“中断堆栈”（OUTPUT INTACK）来进行故障的分析、诊断（关于“中断堆栈”的检查方法，可参见SIEMENS手册中有关PLC部分的内容）。

鉴于维修现场无SIEMENS PLC编程器，且考虑到机床只要在启动后，即可正常工作，因此，初步判断该机床CNC本身的组成模块软件、硬件均无损坏，发生故障的原因主要是来自CNC外部的电磁干扰或外部电源干扰等。

根据经验，通过对电气控制系统进行基础性检查，发现该机床的接地系统连接十分混乱，CNC的主接地线在CNC上与DC 24V的0V线直接连接，在电气柜内又与机床的接地铜排连接等，从而形成了接地干扰与接地环流，影响了CNC的正常工作。

故障排除：重新整理机床的接地系统，在纠正了接地错误后，机床恢复正常工作。

【例4-2】某配套SIEMENS 3M的立式加工中心，在使用过程中经常无规律地出现“死机”和系统无法正常启动等故障。发生故障后，进行重新开机，有时可以正常启动，有时需要等待较长的时间才能启动机床。机床正常启动后，又可以恢复正常工作。

分析及处理过程：由于该机床只要在正常启动后，即可以正常工作，且正常工作的时间不定，有时可以连续进行数天，甚至数周的正常加工，有时却只能工作数小时，甚至几十分钟，故障随机性大，无任何规律可循。此类故障属于比较典型的“软故障”。

鉴于机床在正常工作期间，所有的动作、加工精度都满足要求，而且有时可以连续工作较长时间，因此，可以初步判断数控系统本身的组成模块、软件、硬件均无损坏，发生故障的原因主要来自系统外部的电磁干扰或外部电源干扰等。

根据以上分析，维修时首先对数控系统、机床、车间的接地系统进行了认真的检查，纠正了部分接地不良点；对系统的电缆屏蔽连接、电缆的布置和安装进行了整理、归类；对系统各模块的安装、连接进行了重新检查与固定等基础性的处理。

经过以上处理后，机床在当时经多次试验，均可以正常启动。但由于该机床的故障随机性大，产生故障的真正原因并未得到确认，维修时的试验并不代表故障已经被彻底解决，有待于作长时间的运行试验加以验证。

实际机床在运行了较长时间后，经操作者反映，故障的发生频率较原来有所降低，但故障现象仍然存在。

根据以上分析，可以基本确定引起机床故障的原因在输入电源部分。对照机床电气原理图检查，系统的直流24V输入使用的是普通的二极管桥式整流电路供电。这样的供电方式在电网干扰较严重的场合，通常难以满足系统对电源的要求。最后，采用了标准的稳压电源取代了系统中的二极管桥式整流电路，机床故障被排除。

【例4-3】某普通数控车床，NC启动就断电，且CRT无显示。

故障分析：初步分析可能是某处接地不良，经过对各个接地点的检测处理，故障未排除。之后检查了CNC各个板的电压，用示波器测量，发现数字接口板上集成电路的工作电压有较强的纹波，经检查电源低频滤波电容正常，在电源两端并接一小容量滤波电容，启动机床正常，本故障属于CNC系统电源抗干扰能力不强所致。

【例4-4】某进口数控系统，机床送电，CRT无显示，查NC电源24V、15V、－15V、5V均无输出。

故障分析：此现象可以确定是电源方面出了问题，可以根据电气原理图从电源的输入端逐步进行检查，当检查到保险后的电噪声滤波器时，发现性能不良，后面的整流、振荡电路均正常，拆开噪声滤波器外壳发现里面烧焦，更换噪声滤波器后，系统故障排除。

注意当遇到无法修复的电源时，可采用市面上出售的开关电源，但是一定要在保证电压等级、容量符合要求的情况下才可以使用。

对这种故障的排除，首先是使屏幕正常工作。有时也会仅仅是显示部分的原因，但在许多时候可能并存着多种故障。

【例4-5】某立式加工中心，开机后屏幕无显示。

故障分析：该加工中心使用进口数控系统，造成屏幕无显示的原因可能很多，经对故障进行检查后确认系统提供的外部电源是正确的，但主板上的电压不正常，时有时无，可以确认是因主板故障造成。更换主板后系统有显示。主板更换后，参数需要重新设置。按系统参数设置步骤，对照机床附带的参数表进行设置调整后，机床正常。

屏幕上无显示的故障原因很多，首先必须找出原因，排除故障，如果还有其他故障，根据机床的报警和其他故障信息作出处理。

【例4-6】某加工中心，开机后打开急停，系统在复位的过程中，伺服强电上去后，系统总空气断路马上跳闸。

故障分析：该加工中心使用国产数控系统，经对故障进行检查分析，首先怀疑是否是空气断路电流选择过小，经过计算分析后确认所选择的空气断路有点偏小，但基本符合机床要求；然后用示波器观察机床上电时的电流变化波形，发现伺服强电在上电时电流冲击比较大，也就是电流波形变化较大；进一步分析发现，由于所选伺服功率较大，且伺服内部未加阻抗等装置，在使用时，须外接一电抗与制动电阻；电气人员在设计时加了制动电阻；为了节省成本没有使用阻抗。按照要求加上阻抗后，系统上电恢复正常。