西门子6ES515-2AM02-0AB0型号介绍

变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。如图1所示，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。 

　　图1 

　　1. 整流器  

　　它与单相或三相交流电源相连接，产生脉动的直流电压。  

　　2. 中间电路，有以下三种作用：  

　　a. 使脉动的直流电压变得稳定或平滑，供逆变器使用。  
　　b. 通过开关电源为各个控制线路供电。  
　　c. 可以配置滤波或制动装置以提高变频器性能。  

　　3. 逆变器  

　　将固定的直流电压变换成可变电压和频率的交流电压。  

　　4. 控制电路  

　　它将信号传送给整流器、中间电路和逆变器，同时它也接收来自这些部分的信号。其主要组成部分是：输出驱动电路、操作控制电路。主要功能是：  

　　a. 利用信号来开关逆变器的半导体器件。  
　　b. 提供操作变频器的各种控制信号。  
　　c. 监视变频器的工作状态，提供保护功能。 

　　在现场对变频器以及周边控制装置的进行操作的人员，如果对一些常见的故障情况能作出判断和处理，就能大大提高工作效率，并且避免一些不必要的损失。为此，我们总结了一些变频器的基本故障，供大家作参考。以下检测过程无需打开变频器机壳，仅仅在外部对一些常见现象进行检测和判断。 

　　现象检测办法和判断  

　　1， 上电跳闸或变频器主电源接线端子部分出现火花。  
断开电源线，检查变频器输入端子是否短路，检查变频器中间电路直流侧端子P、N是否短路。可能原因是整流器损坏或中间电路短路。  

　　2， 上电无显示  

　　断开电源线，检查电源是否是否有缺相或断路情况，如果电源正常则再次上电后则检查检查变频器中间电路直流侧端子P、N是否有电压，如果上述检查正常则判断变频器内部开关电源损坏。

　3， 开机运行无输出（电动机不启动）  

　　断开输出电机线，再次开机后观察变频器面板显示的输入频率，同时测量交流输出端子。可能原因是变频器启动参数设置或运行端子接线错误、也可能是逆变部分损坏或电动机没有正确链接到变频器。  

　　4， 运行时“过电压”保护，变频器停止输出  

　　检查电网电压是否过高，或者是电机负载惯性太大并且加减速时间太短导致的制动问题，请参考第8条。  

　　5， 运行时“过电流”保护，变频器停止输出  

　　电机堵转或负载过大。可以检查负载情况或适当调整变频器参数。如无法奏效则说明逆变器部分出现老化或损坏。  

　　6， 运行时“过热”保护，变频器停止输出  

　　视各品牌型号的变频器配置不同，可能是环境温度过高超过了变频器允许限额，检查散热风机是否运转或是电动机过热导致保护关闭。  

　　7， 运行时“接地”保护，变频器停止输出  

　　参考操作手册，检查变频器及电机是否可靠接地，或者测量电机的绝缘度是否正常。  

　　8， 制动问题（过电压保护）  

　　如果电机负载确实过大并需要在短时间内停车，则需购买带有制动单元的变频器并配置相当功率的制动电阻。如果已经配置了制动功能，则可能是制动电阻损坏或制动单元检测失效。  

　　9， 变频器内部发出腐臭般的异味  

　　切勿开机，很可能是变频器内部主滤波电容有破损漏液现象。  

 数控机床由于采用了机电一体化技术，技术**、控制复杂，易出现故障，不掌握故障诊断与维修的方法，判断故障及维修的难度相当大。为了提高维修效率，下面介绍常用的故障诊断方法。

1、了解故障在什么情况下发生

当发生故障时为了更快的恢复机床，首先应正确地把握故障情况，进行妥善处理是主要，因此应根据下列内容确认故障情况。

（1）“何时”发生的故障

Ÿ 故障发生的日期及时间？

Ÿ 是否是运行时发生的？（运行多久发生的）

Ÿ 接通电源时发生的？

Ÿ 是否在打雷、停电或对电源有干扰时发生的？

Ÿ 多次出现？（发生的频率，几次/小时，几次/日，几次/月）

（2）“进行了何种操作”后发生的故障

Ÿ 发生故障时CNC的运行方式？

Ÿ （JOG方式/存储器（MEM）方式/MDI方式/远程运行方式（RMT）？）

Ÿ 程序运行时的情况…

1）  发生故障时程序执行到什么位置？

2）  程序号/顺序号？

3）  程序的内容？

4）  是否在轴移动中发生的？

5）  是否在M/S/T代码执行中发生的？

6）  发生故障时是否在执行程序？

Ÿ 在此进行同样的操作是否发生同样的故障？（确认故障的在现性）

Ÿ 是否在输/输出数据时发生的故障？

Ÿ 当发生与进给轴伺服有关的故障时：

1）是否在低速进给、高速进给时都发生故障？

2）是否某一特定轴移动时发生的故障？

Ÿ 发生了与主轴有关的故障时，主轴运行在加/减速状态？

（3）发生的故障现象

Ÿ 画面显示是否正常？

Ÿ 报警画面显示的内容？

Ÿ 如果加工尺寸不准确：

1）误差大小？

2）位置显示画面的尺寸是否正确？

3）偏置量设定是否正确？

（4）关于其他信息

Ÿ 装置附近是否有干扰发生源：故障发生频率低时，考虑电源电压的外部干扰因素的影响，要确认在同一电源上是否还连接其他机床及焊机，如果有，应检查故障发生时，是否有设备在启动（或运行）。（干扰电源的检查）

Ÿ 在机床方面，对干扰是否采取有措施？

Ÿ 对于输入电压应确认：

1）电压有无变动？

2）有无相间电压？

3）是否供给标准电压？

2、根据报警信息进行故障诊断

现在的数控系统自诊断技术越来越**，许多故障数控系统都可以检测出来，并产生报警及给出报警信息。当数控机床出现故障时，有时在显示器上显示报警信息，有时在数控装置上、PLC装置上和驱动装置上还会有报警指示。这时要根据《手册》对这些报警信息进行分析。另外，机床广家设计的PLC程序越来越完善，可以检测机床出现的故障并产生报警信息。所以在机床出现报警时，要注重报警信息的研究和分析，有些故障根据报警信息即可判断出故障的原因，从而排除故障。

例如一台使用西门子810系统的数控沟道磨床，开机后就产生1号报警显示"BATTERYALARMPOWERSUPPLY很明显指示数控系统断电保护电池没电，更换新的电池后（注意：一定要在系统带电的情况下更换电池），将故障复位，机床恢复正常使用。

3、利用PL(M)C的状态信息诊断故障

很多数控系统都有PLC输人、输出状态显示功能，如SIEMENS810系统DIAGNOSIS菜单下的PLCSTATUS功能、FANUC0系统DGNOSbbbbb软件菜单下的PMC状态显示功能，日本MITSUBISHI公司MELDASL3系统DI-AGN菜单下的PLC-I/F功能、日本OKUMA系统的CHECKDATA功能等。利用这些功能，可以直接在线观察PLC的输人和输出的瞬时状态，这些状态的在线检测对诊断数控机床的很多故障是非常有用的。

数控机床的有些故障可以根据故障现象和机床的电气原理图，查看PLC相关的输人、输出状态即可确诊故障。

数控机床出现的大部分故障都是通过PLC装置检查出来的。PLC检测故障的机理就是通过运行机床厂家为特定机床编制的PLC梯形图（即程序），根据各种输人、输出状态进行逻辑判断，如果发现问题，产生报警并在显示器上产生报警信息。所以对一些PLC产生报警的故障，或一些没有报警的故障，可以通过分析PLC的梯形图对故障进行诊断，利用NC系统的梯形图显示功能或者机外编程器在线跟踪梯形图的运行，可提高诊断故障的速度和准确性。

例如一台数控磨床出现报警6025“Dresser Arm Lower Time out”，指示修整臂下落超时。检查修整器的状态，发现修整器已经落下。手动抬起落下修整器正常没有问题，根据电气原理图，修整器落下是由位置开关2LS5检测的，开关2LS5接人PLC的输人12.5，如图2-5所示。在系统DIAGNOSIS菜单下找到PLCSTATUS功能，在线检查12.5的状态，发现不管修整器落下还是升起，12.5的状态一直是“0”说明PLC没有接收到修整器到位信号。检查到位开关2LS5并没有发现问题，检查12.5的端子电平为“0”，说明PLC的输人口没有问题，后检查线路连接，发现开关2LS5在电源端子34上的电源连线脱落，重新将开关连线连接到电源后，机床故障消失。

4、利用PL(M)C程序（梯形图）跟踪法确诊故障

数控机床出现的绝大部分故障都是通过PLC程序检查出来的。有些故障可在屏幕上直接显示出报警原因，有些虽然在屏幕上有报警信息，但并没有直接反映出报警的原因，还有些故障不产生报警信息，只是有些动作不执行。遇到后两种情况，跟踪PLC梯形图的运行是确诊故障的很有效的方法。FANUC0系统和MITSUBISHI系统本身就有梯形图显示功能，可直接监视梯形图的运行。西门子数控系统因为没有梯形图显示功能，对于简单的故障可根据梯形图通过PLC的状态显示信息，监视相关的输人、输出及标志位的状态，跟踪程序的运行，而复杂的故障必须使用编程器来跟踪梯形图的运行。

例如一台采用西门子810系统的数控磨床，开机后机床不回参考点，并且没有故障显示。检查控制面板发现分度装置落下的指示灯没亮，为了安全起见，只要分度装置没落下，机床的进给轴就不能运动。但检查分度装置，已经落下没有问题。根据机床电气原理图，如图所示，PLC的输出Q7.3控制面板上的分度装置落下指示灯。为此查看PLC梯形图。

有关Q7.3的梯形图在PB12的21块中，如图2-7所示。用编程器在线观察梯形图的运行，发现标志位F143.4没有闭合，致使输出Q7.3没有电。标志位F143.4指示工件分度台

在落下位置，其控制梯形图在PB10的8块中，如图2-8所示。用编程器查看这部分梯形图，发现由于输人113.2的触点没有闭合，导致F143.4没有电。根据如图2-9所示的电气原理图，PLC输人113.2接的是检测工件分度装置落下的接近开关13PS2。将分度装置拆开，发现机械装置有问题，不能带动驱动接近开关的机械装置运动，所以113.2始终不能闭合。将机械装置维修好后，机床恢复了正常使用。

5、利用机床数据维修机床

数控机床有些故障是由于机床数据设置不合理或者机床使用一段时间后需要调整。遇到这类故障将相应的机床数据做适当的修改，即可排除故障。

例如一台采用西门子公司siemens系统的数控磨床，在磨削加工时发现，有时输人的刀具补偿数据在工件上反映的尺寸没有变化或者变化过小。根据机床工作原理，在磨削加工时Z轴带动砂轮对工件进行径向磨削，X轴正常时不动，只有要调整球心时才进行微动，一般在往复 0.02mm范围内运动，因为移动距离较小，可能丝杠反向间隙会影响尺寸变化。

在测量机床的往返精度时发现，X轴在从正向到反向转换时，让其走 0.01mm，而从千分表上没有变化；X轴在从反向到正向转换时，亦是如此。因此怀疑滚珠丝杠的反向间隙有问题，研究系统说明书发现，数控系统本身对滚珠丝杠的反向间隙具有补偿功能，根据数据说明，调整机床数据2201反向间隙的补偿数值，使机床恢复了正常工作。

1. PLC内外部电路
　　1）外部电路接线
　　图1是电动机全压起动控制的接触器电气控制线路，控制逻辑由交流接触器KM线圈、指示灯HL1、HL2、热继电器常闭触头FR、停止按钮SB2、起动按钮SB1及接触器常开辅助触头KM通过导线连接实现。
　　合上QS后按下起动按钮SB1，则线圈KM通电并自锁，接通指示灯HL1所在支路的辅助触头KM及主电路中的主触头， HL1亮、电动机M起动；按下停止按钮SB2，则线圈KM断电，指示灯HL1灭，M停转。
　　图2是采用SIEMENS的一款S7系列PLC实现电动机全压起动控制的外部接线图。主电路保持不变，热继电器常闭触头FR、停止按钮SB2、起动按钮 SB1等作为PLC的输入设备接在PLC的输入接口上，而交流接触器KM线圈、指示灯HL1、HL2等作为PLC的输出设备接在PLC的输出接口上。按制逻辑通过执行按照电动机全压控制要求编写并存入程序存储器内的用户程序实现。
 
图1 电动机全压起动电气控制线路
a)主电路 b)控制线路
 
图2 电动机全压起动PLC控制接线图
a)主电路 b)I/O实际接线图
　　2）建立内部I/O映像区
　　在PLC存储器内开辟了I/O映像存储区，用于存放I/O信号的状态，分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器，此外PLC其它编程元件也有相对应的映像存储器，称为元件映像寄存器。
　　I/O映像区的大小由PLC的系统程序确定，对于系统的每一个输入点总有一个输入映像区的某一位与之相对应，对于系统的每一个输出点也都有输出映像区的某一位与之相对应，且系统的输入输出点的编址号与I/O映像区的映像寄存器地址号也对应。
　　PLC工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入映像区对应的位上，运算结果存放到输出映像区对应的位上，PLC在执行用户程序时所需描述输入继电器的等效触头或输出继电器的等效触头、等效线圈状态的数据取用于I/O映像区，而不直接与外部设备发生关系。
　　I/O映像区的建立使PLC工作时只和内存有关地址单元内所存的状态数据发生关系，而系统输出也只是给内存某一地址单元设定一个状态数据。这样不仅加快了程序执行速度，而且使控制系统与外界隔开，提高了系统的抗干扰能力。
　　3）内部等效电路
　　图3是PLC的内部等效电路，以其中的起动按钮SB1为例，其接入接口I0.0与输入映像区的一个触发器I0.0相连接，当SB1接通时，触发器 I0.0就被触发为“1”状态，而这个“1”状态可被用户程序直接引用为I0.0触头的状态，此时I0.0触头与SB1的通断状态相同，则SB1接通，I0.0触头状态为“1”，反之SB1断开，I0.0触头状态为“0”，由于I0.0触发器功能与继电器线圈相同且不用硬连接线，所以I0.0触发器等效为PLC内部的一个I0.0软继电器线圈，直接引用I0.0线圈状态的I0.0触头就等效为一个受I0.0线圈控制的常开触头（或称为动合触头）。
 
图3 PLC内部等效电路
　　同理，停止按钮SB2与PLC内部的一个软继电器线圈I0.1相连接，SB2闭合，I0.1线圈的状态为“1”，反之为“0”，而继电器线圈I0.1的状态被用户程序取反后引用为I0.1触头的状态，所以I0.1等效为一个受I0.1线圈控制的常闭触头（或称动断触头）。而输出触头Q0.0、Q0.1则是PLC内部继电器的物理常开触头，一旦闭合，外部相应的KM线圈、指示灯HL1就会接通。PLC输出端有输出电源用的公共接口COM。
2. PLC控制系统
　　用PLC实现电动机全压起动电气控制系统，其主电路基本保持不变，而用PLC替代电气控制线路。
　　1）PLC控制系统构成
　　图4是电动机全压起动的PLC控制系统基本构成图，可将之分成输入电路、内部控制电路和输出电路三个部分。
　　输入电路
 
图4 PLC控制系统基本构成框图
　　输入电路的作用是将输入控制信号送入PLC，输入设备为按钮SB1、SB2及FR常闭触头。外部输入的控制信号经PLC输入到对应的一个输入继电器，输入继电器可提供任意多个常开触头和常闭触头，供PLC内容控制电路编程使用。
　　输出电路
　　输出电路的作用是将PLC的输出控制信号转换为能够驱动KM线圈和HL1指示灯的信号。PLC内部控制电路中有许多输出继电器，每个输出继电器除了 PLC内部控制电路提供编程用的常开触头和常闭触头外，还为输出电路提供一个常开触头与输出端口相连，该触头称为内部硬触头，是一个内部物理常开触头。通过该触头驱动外部的KM线圈和HL1指示灯等负载，而KM线圈再通过主电路中KM主触头去控制电动机M的起动与停止。驱动负载的电源由外电部电源提供，PLC的输出端口中还有输出电源用的COM公共端。
　　内部控制电路
　　内部控制电路由按照被控电动机实际控制要求编写的用户程序形成，其作用是按照用户程序规定的逻辑关系，对输入、输出信号的状态进行计算、处理和判断，然后得到相应的输出控制信号，通过控制信号驱动输出设备：电动机M、指示灯HL1等。
用户程序通过个人计算机通信或编程器输入等方式，把程序语句全部写到PLC的用户程序存储器中。用户程序的修改只需通过编程器等设备改变存储器中的某些语句，不会改变控制器内部接线，实现了控制的灵活性。
　　2）PLC控制梯形图
梯形图是一种将PLC内部等效成由许多内部继电器的线圈、常开触头、常闭触头或功能程序块等组成的等效控制线路。图5是PLC梯形图常用的等效控制元件符号。
 
图5 梯形图常用等效控制元件符号
a)线圈 b)常开触头 c)常闭触头
　　图6是电动机全压起动的PLC控制梯形图，由FR常闭触头、SB2常闭按钮、KM常开辅助触头与SB1常开按钮的并联单元、KM线圈等零件对应的等效控制元件符号串联而成。电动机全压起动控制梯形在形式上类似于接触器电气控制线路图，但也与电气控制线路图存在许多差异。
 
图6 电动机全压起动控制梯形图
　　梯形图中继电器元件物理结构不同于电气元件
　　PLC梯形图中的线圈、触头只是功能上与电气元件的线圈、触头等效。梯形图中的线圈、触头在物理意义上只是输入、输出存储器中的一个存储位，与电气元件的物理结构不同。
　　梯形图中继电器元件的通断状态不同于电气元件
　　梯形图中继电器元件的通断状态与相应存储位上的保存的数据相关，如果该存储位的数据为“1”，则该元件处于“通”状态，如果该位数据为“0”，则表示处于“断”状态。与电气元件实际的通断状态不同。
　　梯形图中继电器元件状态切换过程不同于电气元件
　　梯形图中继电器元件的状态切换只是PLC对存储位的状态数据的操作，如果PLC对常开触头等效的存储位数据赋值为“1”，就完成动合操作过程，同样如对常闭触头等效的存储位数据赋值为“0”，就可完成动断操作过程，切换操作过程没有时间延时。而电气元件线圈、触头进行动合或动断切换时，必定有时间延时，且一般要经过先断开后闭合的操作过程。
　　梯形图中继电器所属触头数量与电气元件不同
　　如果PLC 从输入继电器I0.0相应的存储位中取出了位数据“0”，将之存入另一个存储器中的一个存储位，被存入的存储位就成了受I0.0继电器控制的一个常开触头，被存入的数据为“0”；如在取出位数据“0”之后**行取反操作，再存入一个存储器的一个存储位，则该位存入的数据为“1”，该存储位就成了受继电器 I0.0控制的一个常闭触头。
　　只要PLC内部存储器足够多，这种位数据转移操作就可无限次进行，而每进行一次操作，就可产生一个梯形图中的继电器触头，由此可见，梯形图中继电器触头原则上可以无限次反复使用。
但是PLC内部的线圈通常只能引用一次，如需重复使用同一地址编号的线圈应慎之又慎。与PLC不同的是电气元件中触头数量是有限的。
　　梯形图每一行画法规则为从左母线开始，经过触头和线圈（或功能方框），终止于右母线。一般并联单元画在每行的左侧、输出线圈则画在右侧，其余串联元件画在中间。