JCS-018机床直流调速系统故障的分析与处理

摘要：在分析FANUC-DC直流调速系统的工作原理的基础上，对使用FANUC-DC调速系统的JCS-018机床的
  摘要：在分析FANUC-DC直流调速系统的工作原理的基础上，对使用FANUC-DC调速系统的JCS-018机床的X轴故障进行分析与处理。
    我厂的JCS-018数控机床在使用过程中发现X轴有振动引起的噪音，并且，在X轴停转时的机械位置偏离了指令位置。反复试验，该现象仍存在，其偏离值不重复。
    1 FANUC-DC调速系统的工作原理
    FANUC-DC是直流可逆逻辑无环流双闭控制系统，电流为内环，速度为外环，对永磁式直流伺服电动机电枢进行调速，4个象限运行。该调速系统框图如图1所示。
    
    图1 FANUC-DC调速系统框图
    该调速系统主要由下面各部分组成。

       1. 速度调节器
              速度调节器包括滤波、比较及比例积分三个部分。图中VCMD是来自数控系统的速度指令信号，电机正转时VCMD为正，反之则为负：TSA来自测速发电机的速度反馈信号，极性与VCMD的极性相反。
       2. 电流调器
              在电流调节器的输入端有几组输入信号，各自有相应的线路。
              电流反馈信号CH7，来自电枢电流检测线路，调阻器调节其反馈量。
              电流调节器的输出通过CH10加于偏置放大器输入端，经偏置放大后送脉冲发生线路。SING送入相控制电路。
       3. 电枢电流检测器及限流电路
              取自于主回路电阻CDR的电压加于CD1和CD2端，该电压代表电枢电流值，经电流检测放大器后再取绝对值后经CH7输出，加于电流调节器。同时，CH7经反相后与电流极限设定值比较，当过电流时输出一负信号到偏置放大器的同相输入端，将CH10箝位，从而限制CH9的电平，使电枢电流限定在整定的幅度。
       4. 方向控制电路
              方向控制电路是FANUC公司自制的的集成电路。其输入信号来自电流调节器的S1GN信号。当S1GN=0时，输出SGA=0、SGB=1，开放正组桥的控制脉冲而封锁反组桥的控制脉冲，电机正转。当S1GN=1时，SGA=1，SGB=0，电机反转。在正反向切换时，为实现无环流系统，这套方向控制电路设置了延时电路，保证电流降到零后再给欲开放组的可控硅施加控制脉冲。
       5. 触发脉冲发生器
              该伺服系统所用的触发脉冲发生器是集成元件HA16612G。该芯片的输入信号：PCMD为直流控制电平输入，PCMD的大小变化就改变了可控硅的控制角。除此外，该芯片还有同步信号输入端，正反向控制信号输入端。芯片的8脚接地，16脚接+15电源。该芯片输出FP、FN、RP、RN4个脉冲信号。FP、FN控制正组桥，RP、RN控制反组桥。FP与FN相差180°。该系统共用了3块HA16612G芯片，分别用于U、V、W三相控制。其中，UFP、VFP、WFP相差120°。三块HA16612G芯片的输出脉冲经过驱动线路放大后再脉冲变压器耦合至可控硅控制极G，K为可控硅阴极。本系统可控硅的控制使用双窄脉冲，其间隔相差60°。

    2 故障分析与处理
    首先，我们判断振动噪声来自电气还是机械。脱开电机与传动丝杆的连接，试机床噪音仍存在。可见故障来自电气。我们对电机，主回路进行检查，结果全部正常。故障肯定是由控制回路引起。
    测量电机电流波形，测得电机正、反转时电流波形如图2所示。
    
    (a)正转 
    (b)反转   图2 电机正反转电流波形
    从这两个波形上看出三相控制回路中有一相发生故障。让电机正转，我们测正组桥各可控硅的控制极信号，结果，SCR1、SCR2、SCR3、SCR4、控制极的信号均为一个个相隔20ms的单脉冲。测3块HA16612G芯片的输出端UFP、UFN、VFP、VFN、WFP、WFN。结果测得UFP、 UFN没有输出。测量U相触发脉冲发生器的同步电压波形，直流控制电平PC-MD及方向控制信号SGA、SGB、0V电平、+15V电源均未发现异常。因此可以肯定U相触发脉冲发生器HA16612G芯片损坏了。让电机反转，同样发现故障在U相的脉冲发生器上。
    更换HA16612G芯片，再试车，故障排除。
    3 结束语
    经过上述对FANUC-DC调速系统的原理分析，及对X轴故障的分析处理，我们发现：X轴运行时振动是由三相整流电路有一相可控硅没有被触发而引起电流断续而引起的，而停止时位置偏差则是由振动引起的。