西门子6ES7231-7PB22-0XA8产品齐全

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近来有**朋友探讨伺服器的维修，而大多维修界的前辈们，总把维修伺服器看得很神秘，很高深的样子，对技术是守口如瓶。我想在这里抛砖引玉，探讨伺服器的原理和维修。

我是一个搞工业控制设备维修的，专长是硬件维修。工业设备较初源起欧美，发扬于日本，所以无论理论也好，设计也罢，都绕不开国外这个词。在如今网络，软件，，虚拟现实的今天，很多人对硬件维修人员，大多嗤之以鼻。以为就是个玩玩烙铁的体力活，没多少技术含量，其实硬件维修道路艰险且漫长，需要了解的实在很多。

硬件是工业控制设备中重中之重的课题，是虚实交互的桥梁，没这座桥一切都是空谈，是绕不开的执行工具，硬件质量的好坏，直接关系到处理结果。现在世界上**的设备生产商，都在向模块化生产靠拢。

什么是模块化呢？简单点说就是：把一个设备分拆为几个部分，每个部份，集成起来生产组合起来。这样的好处是，可尽量控制设备的故障范围，节省维护成本，同时拓展了用途。这点在需要联控的领域优势非常的明显。

很多人进入工业设备维修的领域，都是从修开始的，也有人认为会修变频器就会修所有的工业控制设备，其实，这仅仅是一个开始。当然，入门级变频器包括了强电/微电电路/反馈取样/本地远程控制等基本功能。通常用在要求运转精度不高的场合，比如供水，调速等场合。但一些精确控制场合就不同了，要知道工业控制的精髓就是，精确控制。没有精确度，纵使外观漂亮大气，吹得如何天花乱坠，你的产品还是低级产品。有精度要求的场合，比如我们常常乘坐的，起重，造纸，冶金，纺织等有严格要求的场合，普通变频器就往往不能胜任了。这时，就要求伺服控制器登场了。

伺服控制器有那么神乎其神吗？也别把那东西想得那么复杂，伺服的基本条件是闭环控制。什么是闭环控制？无非就是和输出马达组合成一个环路，有反馈而已。变频器也有反馈，比如电流就是。伺服的反馈要求更苛刻一些，要求电机每转动一下的位置信息主控制板都要知道。通俗点说就是：快了就慢下来，慢了就加快一点。这个说起来容易做起来难，要知道动态，惯性，负载变化都在瞬息万变，马达那边出了什么幺蛾子，控制器马上就知道，而且要做出对应的处理措施，这并不是一件容易的事。

于是第二个问题就出来了，那就是响应问题。所谓的响应，就如人与人之间的对话，一问一答。马达运行起来那是每分钟几千转的问题，这就是所谓的高速响应。马达的编码器担负起和主控板之间的对话。编码器制造商按要求将编码器演算成脉冲，马达转一圈，很可能编码器就输出了几千个脉冲，这个脉冲以原始位置为起点，每一个脉冲代表一个位置。你也可以这样理解，编码器每圈输出的脉冲越多，定位越准确，误差越小。当然以上说的指示一个概念，实际的软件算法，硬件制造工艺要求，那是相当的复杂的。不过那对与维修工程人员来说，用处不大，但需了解原理。

光说理论没用，维修的时候，还会遇上各种编码器，什么**编码器，增量编码器，通讯式编码器，旋转变压器等等。所以有人说，工业设备的维修技术，一半是理论，一半是经验。在现实维修中，很多事情是没时间给你去慢慢推敲理论，客户要你一看故障，就需要判断出故障点。个人经验，在美国产品中，习惯用编码器作为反馈器件，代表如三菱，安川，松下等等。欧洲的一些**伺服制造商，非常习惯用旋变（解析器）作为反馈器件，比如伦茨，路斯特，科比等等。对于反馈器件的使用，不敢说谁更胜一筹。但稳定性来说，旋转变压器应该稳定一些。但旋变的a/d运算复杂，制作成本也较高，所以一般都只出现在高级的伺服控制器中。

伺服控制器维修，怎样分析故障？

伺服器的维修，和变频器较大的不同就是没有马达无法试机，而作为维修公司，你不可能备有所有型号的伺服马达，试机是一个绕不开的坎。更让人恼火的是，你不连接编码器，编码器的故障报警会其他所有故障报警。我的做法是先询问客户，伺服器现场故障情况，比如现场根本没有出现过编码器相关的故障信息，维修时，你就根本不用考虑编码器问题。报警过载过流，电压低，无法定位，无法启动这些故障，我一般直接找故障点，然后反向推理一到两步，为什么会出现这个故障报警。

下面说几个列子，来分析一下维修伺服器的思路。

1.一台伦茨93es系列伺服器，客户说速度不稳定，电流时大时小，然后出现过载，客户还说编码器已经换了，强调编码器是好的。

伺服器能运行起来，那就明输出驱动，igbt没有问题的，电流不稳定，一般来说是电流取样电路的故障。但伦茨有一个缺点，就是只使用了两相电流传感器，如果其中的一个传感器有了故障，一般功率模块也就报废了。虽然纳闷，也没有深究，先拆下模块，做霍尔动态检测，波形，幅值完全正常。不放心，将驱动6个桥臂全部检查，也正常。余下的就是主板的反馈输入接口了。经过反复检测，也正常。于是装机，开环带灯，正常，试电机也正常。一个上午过去了，可以说没有找到故障，于是让客户拿走。

客户回去不久就打电话，说故障依旧。事情蹊跷，这下必须得去现场了。到了现场，让客户开机，空载正常，低速也正常，但电流也波动。经过仔细观察，居然被我看出了问题，原来客户修改了生产产品规格，由于位置的改变，工厂将增量编码器改为了软连接，且中点不同心了。低速的时候还是可以的，高速的时候造成抖动，使编码器输出信号出错。

纠正了客户使用方式，一切恢复正常。记住，伺服器是软硬件和外部设备相连接起控的，当自己费了九牛二虎之力也没找到故障时，就该考虑一下外部有没有问题了。

2.一个客户发了台路斯特c系列伺服器过来维修，故障是使用时出现过载停机，每次故障前，马达会出现震动和噪声。停机一段时间又可以开机。

德国路斯特伺服器性能可靠，一一个缺点是容易掉用户程序。能冷机开机，让人很容易想到是不是散热的问题。当接到用户发过来的伺服器后，我打消了这个想法。一来这个伺服器较小，只有400w，根本没有散热风扇。二是详细询问后发现，出现故障的时间不定。如果伺服器散热故障，一般时间是固定的，不如说使用二十分钟一定报警。开机后发现，a/d转换芯片的供电电阻已经烧焦，测量仅阻值变大而已，电压小了，换新后，供电电压恢复正常。但经过分析，这个故障点和过载报警根本扯不上什么关系。路斯特马达一般采用旋变反馈，旋变是很不容易出现问题的。自己维修那么多，旋变从来没坏过，检查编码器连线，居然发现了一条电缆是半开路的，心里一喜，以为找到了故障。因为有匹配的电机，那就试机吧。切换到手动状态，闭合启动，将转速设定到2000转，然后关门下班。第二天一早查看，电机转速正常，马达温度也正常。于是拍下视频发给客户验收，付款发货。

回去没有两天，客户就打来电话，说故障依旧，这下傻眼了，怎么可能呢？后来经过和客户反复沟通，原来还是编码器线故障。因为我查出故障这条编码器线原来换过，我修复发回后，工厂技术人员懒得去拆那条编码器线，结果故障还是那个故障。换线后，设备正常工作。对于远方的客户，我一般修复会拍视频，型号，系列号，运行状态，给客户验收，然后再收款发货。但有的时候，测试正常和现场使用一定要沟通好。

3.有客户拿了一台提花机**，叫answer（安速）伺服器过来维修，故障是没有显示。answer这个品牌，是松下伺服的血脉演化而来的，程序架构和应用都差不多。因为提花机已经国产且伺服用量较大，安速这个品牌就和提花机滋润的活到了现在。

没显示肯定出了故障，伺服器为了节省空间，很多都采用集成式电源ic，其中又以top24x型号的芯片较多。top24xy的芯片脚位一样，可以通用，不同的型号无非就是输出功率不同而已。换掉top246y，电源正常，测电流检测环路正常，让用户取走。上机，居然报警13，13是母线电压过低，调换控制器工作正常。看样子的确还有故障，拿回来检测母线取样电路，发现母线检测正常。百思不得其解，只得将硬件通路重新检测一番。影响伺服的硬件工作条件的故障依序是：编码器，母线检测，温度检测，电流检测，驱动电路。用排除法一一排除，较后锁定在驱动输出上。我的理由是：伺服输出报警13，可能是输出电流过大，电流过大电压降低，由于伺服没有旋转起来，此时电压检测**于电流检测。目标清晰了以后，仔细查看，较后故障果然出现在驱动光耦上pc929上，换新，故障排除。

实践告诉我，有的故障报警，是互相关联的，逻辑上存在**报警级别。有时自己看到的故障提示，并不是故障本身。伺服器维修，其实也没那么复杂，真要遇上了复杂的故障，也大可不必惊慌，大不了带马达测试再维修。

作为维修人员来说，原理是必需要知道的，弄懂工作原理可以参考相关的技术书籍。现场使用需要会（应用工程师需要熟悉应用，这点和维修不同），我的经验是反复看一个牌子的使用手册，看懂了不敢说一通百通，但对同品牌的伺服控制器，本来就有很多相通的地方，完全可以灵活借鉴。故障**级别需要在实践中去总结，凡事往后推理三步，一切原形毕露！反馈器件类型很多，按说明书选择即可。工业制造在不断的升级，伺服控制器用得越来越普遍，对维修工程师来说，大多数的伺服其实是不需要匹配马达测试，就能找到故障点的。

只要你明白了这些，哈哈，套用徐志摩先生话说就是：你不必讶异，更无须惊喜，在转瞬间修好了一个伺服器

在伺服系统选型及调试中，常会碰到惯量问题。其具体表现为：

在伺服系统选型时，除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外，我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量，再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机；在调试时，正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统较佳效能的前提。此点在要求高速高精度的系统上表现尤为**，这样，就有了惯量匹配的问题。

一、什么是“惯量匹配”？

1、根据牛顿第二定律：“进给系统所需力矩t = 系统传动惯量j × 角加速度θ角”。 加速度θ影响系统的动态特性，θ越小，则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长，系统反应越慢。如果θ变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加工精度。由于马达选定后较大输出t值不变，如果希望θ的变化小，则j应该尽量小。

2、进给轴的总惯量“j＝的旋转惯性动量jm ＋ 电机轴换算的负载惯性动量jl。负载惯量jl由（以平面金切机床为例）工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。 jm为伺服电机转子惯量，伺服电机选定后，此值就为定值，而jl则随工件等负载改变而变化。如果希望j变化率小些，则较好使jl所占比例小些。这就是通俗意义上的“惯量匹配”。

二、“惯量匹配”如何确定？

传动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响。 惯量大，系统的机械常数大，响应慢，会使系统的固有频率下降，容易产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度，惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利，因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。 衡量机械系统的动态特性时，惯量越小，系统的动态特性反应越好；惯量越大，马达的负载也就越大，越难控制，但机械系统的惯量需和马达惯量相匹配才行。 不同的机构，对惯量匹配原则有不同的选择，且有不同的作用表现。 不同的机构动作及加工质量要求对jl与jm大小关系有不同的要求，但大多要求jl与jm的比值小于十以内。一句话，惯性匹配的确定需要根据机械的工艺特点及加工质 量要求来确定。 对于基础金属切削机床，对于伺服电机来说，一般负载惯量建议应小于电机惯量的5倍。

惯量匹配对于电机选型很重要的，同样功率的电机，有些品牌有分轻惯量，中惯量，或大惯量。其实负载惯量较好还是用公式计算出来。常见的形体惯量计算公式在以前学的书里都有现成的（可以去查机械设计手册）。 我们曾经做过一试验，在一伺服电机的轴伸，加一大的惯量盘准备用来做测试，结果是：伺服电机低速时停不住，摇头摆尾，不停地振荡怎么也停不下来。 后来改为：在两个伺服电机的轴伸对接加装联轴器，对其中一个伺服电机通电，作为动力即主动，另一个伺服电机作为从动，即做为一个小负载。原来那个摇头摆尾的伺服电机，启动、运动、停止，运转一切正常！

三、惯量的理论计算的功式？

惯量计算都有公式，至于多重负载，比如齿轮又带齿轮，或涡轮蜗杆传动，只要分别算出各转动件惯量然后相加即是系统惯量，电机选型时建议根椐不同的电机进行选配。 负载的转动惯量肯定是要设计时通过计算算出来拉，如果没有这个值，电机选型肯定是不那么合理的，或者肯定会有问题的，这是选伺服的较重要的几个参数之一。至于电机惯量，电机样本手册上都有标注。 当然，对某些伺服，可以通过调整伺服的过程测出负载的惯量，作为理论设计中的计算的参考。毕竟在设计阶段，很多类似摩擦系数之类的参数只能根据经验来猜，不可能准确。 理论设计中的计算的公式：（仅供参考） 通常将转动惯量j用飞轮矩gd2来表示，它们之间的关系为

j=mp^2= gd^2/4g

式中

m与g－转动部分的质量（kg）与重量（n）；

d－惯性半径与直径（m）；

g=9.81m/s2 －重力加速度 飞轮惯量=速度变化率*飞轮距/375

当然，理论与实际总会有偏差的，有些地区（如在欧洲），一般是采用中间值通过实际测试得到。这样，相对我们的经验公式要准确一些。不过，在目前还是需要计算的，也有固定公式可以去查机械设计手册的。

四、关于摩擦系数？

关于摩擦系数，一般电机选择只是考虑一个系数加到计算过程中，在电机调整时通常都不会考虑。不过，如果这个因素很大，或者讲，足以影响电机调整，有些日系通用伺服，据称有一个参数是用来专门测试的，至于是否好用，本人没有用过，估计应该是好用的。 有网友发贴说，曾有人发生过这样的情况：设计时照搬国外的机器，机械部分号称一样，电机功率放大了50%选型，可是电机转不动。因为样机的机械加工、装配的精度太差，负载惯量是差不多，可摩擦阻力相差太多了，对具体工况考虑不周。 当然，黏性阻尼和摩擦系数不是同一个问题。 摩擦系数是不变值，这点可以通过电机功率给予补偿，但黏性阻尼是变值，通过增大电机功率当然可以缓解，但其实是不合理的。况且没有设计依据，这个较好是在机械状态上解决，没有好的机械状态，伺服调整完全是一句空话。 还有，黏性阻尼跟机械结构设计、加工、装配等相关，这些在选型时是必须考虑的。而且跟摩擦系数也是息息相关的，正是因为加工水平不够才造成的摩擦系数不定，不同点相差较大，甚至技术工人装配水平的差异也会导致很大的差异，这些在电机选型时必须要考虑的。这样，才会有保险系数，当然归根结底还是电机功率的问题。

五、惯量的理论计算后，微调修正的简单化

可能有些朋友觉的：太复杂了！ 实际情况是，某品牌的产品各种各样的参数已经确定，在满足功率，转矩，转速的条件下，产品型号已经确定，如果惯量仍然不能满足，能否将功率提高一档来满足惯量的要求？ 答案是：功率提高可以带动加速度提高的话，应是可以的。

六、伺服电机选型

在选择好机械传动方案以后，就必须对伺服电机的型号和大小进行选择和确认。

（1）选型条件：一般情况下，选择伺服电机需满足下列情况：

1.马达较大转速＞系统所需之较高移动转速。

2 .马达的转子惯量与负载惯量相匹配。

3连续负载工作扭力≤马达额定扭力

4.马达较大输出扭力＞系统所需较大扭力（加速时扭力）

（2）选型计算：

1. 惯量匹配计算（jl/jm）

2. 回转速度计算（负载端转速，马达端转速） 3. 负载扭矩计算（连续负载工作扭矩，加速时扭矩