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日系伺服器的维修要领和维修实例

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发表于:2021/11/10 9:08:20
#0楼
作者 王欲郡

一、日系伺服占据国内市场的半壁江山

在工控维修行业混,只要深入一点,伺服维修时绕不开的。干伺服维修,恐怕谁也逃不过日本品牌,安川,三菱,松下,富士等等。同样是驱动,变频器和伺服器都是驱动,只是伺服器使用场景要复杂太多。需要用伺服器控制的场合,对惯量,精确控制,动态响应,震动抑制这些指标,肯定都是有要求的。可以这么说,在精确控制面前,变频器就是傻大黑粗(当然也有例外,比如造纸厂用的几百个千瓦的ab700变频器,精度要求也很苛刻)。

从硬件来说,伺服器具备高响应大动态,对控制的硬件电路设计,反馈环路需要也更高级。软件应用方面,伺服的核心一个是精确,一个是兼容并储,支持用户玩更多的花样。所以伺服的二次编程功能是非常强悍的。打个比方,伺服的硬件只是它的躯壳,软件算法才是它灵魂。软件算法我们看不到的,用户只知道编程逻辑好不好用,界面复不复杂。希望随便动几个参数,就能得到想要的结果,而不是修改几个参数还要去懂得逻辑,先别给我扯什么高端低端,有的产品就是这样。从这点来说,日系伺服就做得出色很多。

个人经验,维修日系伺服硬件,安川更讨喜。怎么说呢,安川在硬件上奉行的是实用至上,原理简单,性能可靠,报警提示也准确。三菱的硬件就比安川要稍微复杂一些,三菱伺服的好处是资料齐全,体系系列明确,但故障报警有时候不正确,转着弯给你个提示。松下伺服呢,应该说是日系当中性价比最高的,从a4系列开始,松下得到了更多用户的青睐,市场占有率不在少数。个人感觉松下伺服的硬件体系太多,太专注于集成度,线路板共性不明显,元件不通用。对维修来说不是好事,时间成本高还价值便宜,稍微复杂的故障,很多维修人员都没有动力去维修。日系的伺服产品还有富士和三洋,论市场占有率可能不如前者品牌,但质量杠杠的,修过一些。维修中坏的最多的也是一些易损件,比如:电容,光耦……

附件 图片1.jpg


二、伺服维修的关键点是什么?

伺服也是驱动类产品,就输出通路而言,和变频器最接近,整流——滤波——逆变——反馈,这些电路基本一样。不同的是伺服的动态要求高,所以在取样、反馈方面的设计更灵敏,主要的电路有:

(1)母线检测电路,变频器也有母线检测电路,但对动态没有严苛的要求。伺服对母线测量有严格的需求。伺服的加减速速度快,输出转矩也大,所以对母线的波动起伏很大,加速时母线降压,减速时母线过压。通过调节电容容量,母线降压可以抑制在允许的误差之内,运算程序通过调整输出脉宽,保证输出转矩不变。减速时速度越快,回馈电压也就越高,比如交流220v供电的伺服,母线电压超过+400v时制动电阻就必须启动,泄放掉更高的电压。而这个临界值的检测,全靠母线电压检测电路,所以伺服的母线检测设计都比较复杂,功率部分配备制动电阻,就是用来专门平衡母线电压的。

(2)温度检测,温度检测在工控中很重要,这个检测参数可以间接读取伺服器工作状态得到。维修时可以简单的理解为,功率输出=温度值。既然功率和温度有关,温度又和散热有关,所以伺服不但有模块温度检测,还有风扇状态检测。风扇检测的方法,主要有数字检测和脉冲检出两种。数字检测很好理解,就是正常工作时,检测线输出一个高或者低的电平,维持不变。脉冲检测就是,风扇每转一圈,输出多少个同步头。技术上看,脉冲检测应用更细致精确。可以说,只要厂家愿意,通过脉冲检测,完全可以把风扇转速做成线性的转速。日本品牌两种风扇检测都有,如安川喜欢用数字检测风扇,三菱却喜欢脉冲检测风扇。这里要说一点就是,市面上的好多伺服,脉冲检测处理电路,大多是加法器+比较电路设计,脉冲并没有真正到达处理器,维修这样的电路,只要你在pcb板上往后推理,最终也就是一个数字电路。所以应急维修的时候,是可以屏蔽掉的。

(3)电流反馈,只要和转矩相关驱动器,电流检测就尤为重要,伺服器都有专用电机配套使用,转矩大效率高是必须的。伺服器的电流检测,功率大的一般采用霍尔隔离型传感器,小功率的,更倾向使用hcpl7800/7840/7860之类的隔离光耦,设计简单,成本优势大。维修时需要注意的是,隔离光耦,要注意型号代换!比如hcol7840和hcpl7860就不能互换,因为两个型号一个是模拟输出信号一个是数字输出信号,直接代换,伺服启动肯定就报过流故障。这里强调的一点是,hcpl-78xx系列光耦在日系伺服上使用较多,光耦属于损耗件,到一定的使用期,老化是必然的,一般代换就好了。

维修伺服也不一定非要伺服马达。很多故障,可以问现场电工,推导出来,在桌面上测试维修,修好直接装回去用就是。判断伺服故障,主要要搞清楚是静态故障!还是动态故障!打个比方,人家告诉你这个伺服报警输入电压欠压故障。这时候你就问清楚:是上电的时候报警?还是启动运行的时候报警??

上电就报欠压,那是真欠压,故障点不外乎就是:

(1)输入电压偏低或缺相。

(2)检测电路故障,比如hpcL7840坏。

如果是运行中报欠压故障,那可能出现的故障点有:

(1)充电接触器坏。

(2) 刹车单元电路坏。

(3)主滤波电容坏。

报警都是同样的,但仔细分析就发现,故障点完全不一样。有些故障很龟毛,能运行还不算,还要加载故障才出现。比如,充电接触器坏,带马达试运行就肯定可以,但一加载就不行。

附件 图片2.jpg


三、维修实例,一台三菱MR-JE型伺服曲折的维修经历

过程是这样,客户是压铸行业,这台三菱mr-je-300a型伺服器是机械手上的驱动电机用的,故障也很简单,就是不定期的报10.1或者10.2的故障。两个故障都是欠压的意思,10.1代表进线缺相;10.2代表母线欠压。客户首先怀疑进线电源转换器出了故障,交换试机,故障依旧,于是送修。我接到后仔细检测,首先怀疑进线检测电路,但一路跟到底,未发现有故障元件。接着检测母线检测电路,三菱mr-je这种伺服属于经济型伺服驱动器,和同期的三菱MR-j4型伺服相比,差别在反馈设别上。

三菱Je伺服的母线设计是这样的:先三个330k电阻减压,然后进一个模数处理芯片,得到一个线性的转换数字脉冲,经一个5足的74系列ic放大后,经过光耦隔离,给处理主芯片进行解压。为了防止出错,母线检测还辅助了一个模数芯片电源检出光耦,没有这个+5v电源,照样报警欠压故障。

由于这个模数转换ic外加了震荡器,测试晶振也正常。检查三个降压电阻,阻值也正常。研究了半天模数转换芯片资料,决定在桌面模拟母线进行测试。我的方法是这样的:(1)用调压器先将母线电压加到直流+310v,这时,在取样电阻分压点测得的电压值是1.9v,再将调压器电压调高,将母线电压人为提高到临界电压+400V,在分压点测得的电压值是2.5v,这样可以分析出,这个伺服器母线检测的动态电压,即1.9v---2.5v之间。用示波器在线测量模数芯片(AD7740的7足)输出频率的变化,频率变化也随着模拟电压的变化而改变,跳过脉冲整形芯片测,波形漂亮,看来电路是好的!维修一时没了方向。

由于没有电机,编码器报警的情况下,接触继电器是不会吸合的,我也怀疑过充电继电器,拆下来单独加24v,吸合也正常!

维修设备,不怕硬故障,就怕软故障。我的原则是,在没有找出真正损坏的元件时,我一般不胡乱更换配件,一来配件也是钱,二来极有可能修出别的故障。这台伺服器故障本来就时出现时不出现,既然两个报警都直指母线电压,怀疑客户的进线电压可能偏低。是在没招时就先从简单的入手,修软故障的机子,要有死马当成活马医的精神(笑),决定人为的提高母线检测电压!经过计算,将母线检测电压人为的提高了20v(改电阻)。先收钱,让客户拿回去接着用,居然一个礼拜没事。到第八天的时候,客户告诉我,说伺服器又报10.2的故障了,一天几次不定。

虽然有心里准备,遇到这样的事那也没有办法,我决定去现场看看。现场进一步了解,客户的电工师傅说:伺服出故障前,改造过压铸机。原来200吨改为400吨的,电路没变,会不会有影响。这样一说,起初我也怀疑是改了吨位,引起电压波动较大引出的故障。监测现场母线,电压在+300V__+330v之间波动,波动范围可以接受。加上人为提高了+20v电压,怎么说都不该报欠压啊。仔细观察,发现一个细节:每次故障后,都不能马上复位,需要掉电等十几分钟再开机,又可以接着运行。马上怀疑风扇,和另一台伺服对调了风扇,故障依旧。所有的疑点只剩最后一招了,那就是继电器有故障。

现场没有继电器,于是找来一个空开,上电后再人为闭合,哈,问题居然不出现了。等了两个小时,驱车回家。谁知晚上客户又来电话了,说这次不报10.2故障了,报警30.1!30.1是刹车电阻过热!放下电话,仔细想了想这个伺服器的通路,恍然大悟!第二天让客户拆过来,首先更换伺服继电器,然后将电阻复原。回去装机,如今一切正常。

后来我打开换下的继电器,发现线圈正常,万用表测量也正常,但触头氧化,接触时并不完好,造成动态电流丢失,造成进线电压欠压的假象。过后说起来,这个伺服器故障非常简单,被搞复杂的原因主要有两点:

1.故障时不时出现,增加了判断难度,维修时一直在电源上思考问题,而忽略了动态电压检测也很重要。

2.上门维修时,外加开关不在报警,已经说明继电器有问题。自己没把电阻改回来。导致晚上电压真的升高了,报30.1的故障。因为伺服的运算程序认为,母线电压过高,就必须开启制动电阻来放电。当制动电阻长时间连续放电,母线电压并没有降低,自然就触发制动过热的故障报警。


附件 图片3.jpg
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发表于:2021/11/10 9:18:10
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发表于:2021/11/10 19:02:23
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发表于:2021/11/12 8:11:03
#4楼
就像问下你们那里维修按什么比例收费?
现在维修费随着产品的涨价也开始涨价了
喜欢一句广告语:世界再大,也大不过我35码半的脚步。但是我的世界里,如何才能追到那
逝去的青春年华?
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发表于:2021/11/12 16:29:55
#5楼
回复 #4楼 mengx9806
这是我发的,你要问可以去无所不谈专区找写散文的那位,哈哈哈哈!
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