Profibus-DP總線是西門子數(shù)控系統(tǒng)里常用通信技術(shù)，而Profibus總線報(bào)警是西門子系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床維護(hù)維修經(jīng)常要處理的問題。

　　某西門子802D加工中心在運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)Profibus總線報(bào)警。報(bào)警號(hào)為380500，報(bào)警信息為:Profibus-DP報(bào)警，驅(qū)動(dòng)Y1，代碼504，數(shù)值0，時(shí)間11211xxx。并且提示伺服未準(zhǔn)備好。由于這個(gè)故障，導(dǎo)致機(jī)床無(wú)法動(dòng)作，為此安排以下分析排杳過(guò)程。

1 SINUMERIK 802D數(shù)控系統(tǒng)

　　SINUMERIK 802D數(shù)控系統(tǒng)主要由PCU(面板控制單元)、KB( Keyboard鍵盤)、手輪、MCP(機(jī)床控制面板)、PP 72/48 (PLC外接vo模塊)、SIMODRIVE611 UE控制模塊、Profibus一DP模塊等部分組成。PCU作為SINUMERIK 802D數(shù)控系統(tǒng)核心部件，集成了NCK ,PLC,HMI和通訊模塊，并通過(guò)Profibus-DP總線與PP 72/48及SIMODRIVE 611 UE控制模塊進(jìn)行組態(tài)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控單元與機(jī)床電氣及驅(qū)動(dòng)部件之間的通信，其中PCU為Profibus總線主站，PP72/48及SIMODRIVE 611 UE為從站川。該西門子802D加工中心使用一塊PP 72/48，有效總線地址:9;兩塊雙軸SIMO-DRIVE 611UE，有效總線地址分別為:12,13。相關(guān)Profibus設(shè)備連接如圖1所示。

2 Profibus總線故障維修

　　2.1 Profibus總線單元

　　由于PROFIBUS-DP總線協(xié)議采用的是OSI的第一層物理層、第二層數(shù)據(jù)鏈路層和第七層用戶接口，而該機(jī)床故障發(fā)生前一直正常工作，數(shù)控系統(tǒng)各部件均采用西門子公司產(chǎn)品，總線通信技術(shù)比較成熟，故初步判斷Profibus總線通訊錯(cuò)誤應(yīng)是物理層的問題，作以下分析。

                圖1 Profibus總線連接圖

　　該加工中心PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的物理層采用RS485異步RNZ傳送，采用屏蔽雙絞線作為傳送介質(zhì)，沒有中繼器的情況下，傳輸長(zhǎng)度和傳輸速度之間關(guān)系如表1所示:

　　PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線拓?fù)錇榭偩€型，為確保通訊的穩(wěn)定性，要保證通訊電纜的屏蔽和接地，Profibus總線連接時(shí)要求各接點(diǎn)進(jìn)出方向正確，兩根線不交叉且連接可靠。總線內(nèi)各主、從站通過(guò)總線插座接至傳送介質(zhì)(如圖1所示)，插座上的設(shè)置開關(guān)嚴(yán)格遵循終端為“ON"，中間為“OFF”的原則。Profibus總線插座的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 Profibus總線插座的結(jié)構(gòu)

　　總線的開頭和結(jié)尾必須有終端，以確保在運(yùn)行期間接人和斷開一個(gè)或多個(gè)站而不影響其他站。Profibus總線插座設(shè)置開關(guān)為“ON”和“OFF'，時(shí)對(duì)應(yīng)狀態(tài)如圖3所示。

圖3 Profibus總線終端電阻連接圖

　　220Ω 為終端電阻，390Ω 為偏置電阻，其作用如下：

　　終端電阻：在線型網(wǎng)絡(luò)兩端，并聯(lián)在一對(duì)通信線上的電阻。根據(jù)傳輸線理論，終端電阻可以吸收網(wǎng)絡(luò)上的反射波，有效地增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度。兩個(gè)終端電阻并聯(lián)后的值應(yīng)當(dāng)基本等于傳輸線在通信頻率上的特性阻抗。

　　偏置電阻：偏置電阻用于在電氣情況復(fù)雜時(shí)確保A、B信號(hào)的相對(duì)關(guān)系，保證“0”、“1”信號(hào)的可靠性。

　　西門子PROFIBUS總線插座已內(nèi)置了終端和偏置電阻，通過(guò)設(shè)置開關(guān)可方便地接通或斷開。終端和偏置電阻的值完全符合西門子通信端口和PROFIBUS電纜的要求。通過(guò)接通或斷開總線插座的終端電阻開關(guān)，可以非常方便地連接或切斷插座后面的部分網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)傳輸。

　　2.2 Profibus總線插座撥檔開關(guān)位置檢查

　　根據(jù)以上分析，參考報(bào)警提示Profibus總線通訊錯(cuò)誤，Y軸伺服未準(zhǔn)備好，而X、Z軸伺服驅(qū)動(dòng)沒問題，且Y軸故障以前均正常工作，于是先按照?qǐng)D1所示的Profibus總線連接圖檢查總線(紫色的通訊線)端口撥檔開關(guān)的“ON”和“OFF”的位置。經(jīng)檢查PCU的總線終端、611Ue的總線終端，I/O板的總線端口，雖然位置都對(duì)，但是報(bào)警還在，伺服仍然無(wú)法起動(dòng)。

　　2.3 Profibus總線插座終端電阻檢查

　　打開各總線插座檢查屏蔽雙絞線的屏蔽、接地和連接可靠性，確認(rèn)無(wú)誤后，采用總線網(wǎng)絡(luò)二分法”。，按如圖3所示，用萬(wàn)用表測(cè)量終端電阻的阻值。結(jié)果發(fā)現(xiàn)611Ue上連接X軸與Y軸控制模塊的總線插座接觸不良，于是更換了該插座。更換后，機(jī)床能啟動(dòng)了，PLC也可以運(yùn)行了，Profibus報(bào)警沒有了，但是Y軸不能動(dòng)，一回參考點(diǎn)，機(jī)床就報(bào)警Y軸伺服未準(zhǔn)備好，報(bào)警信息是25000，編碼器錯(cuò)誤。而驅(qū)動(dòng)器那邊顯示的是EAS04，也是編碼器錯(cuò)誤。重新上電后，Y軸依舊不能啟動(dòng)，一動(dòng)就報(bào)警。

3 Y軸伺服系統(tǒng)與編碼器

　　3.1 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

　　伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接受數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移或速度指令，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器后，由伺服電機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)床坐標(biāo)軸，帶動(dòng)刀架及工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)軸聯(lián)動(dòng)使刀具相對(duì)于工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，滿足加工需要。SIMODRIVE 611UE伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電源模塊、功率模塊、控制板模塊及其他附件組成，其中電源模塊為獨(dú)立模塊，功率、控制板和其他附件集成為一部件。

　　該加工中心有三根進(jìn)給軸和一根主軸，X和Y軸由SIMODRIVE 611UE一個(gè)雙軸功率部件進(jìn)行控制，Z軸和主軸將分別由SIMODRIVE 611UE一個(gè)單軸功率部件控制。SINUMERIK 802D控制系統(tǒng)與SIMODRIVE611UE伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的X、Y雙軸功率部件及1FK6伺服電機(jī)連接如圖4所示。

圖4 SINUMERIK 802D與SIMODRIVE 611UE

　　圖中絕對(duì)EnDat編碼器安裝在伺服電機(jī)軸上，通過(guò)檢測(cè)電機(jī)軸的角位移問接地獲得位置輸出量的等效反饋信號(hào)，該反饋信號(hào)與指令信號(hào)比較后的偏差是伺服系統(tǒng)控制的基礎(chǔ)，編碼器錯(cuò)誤必然導(dǎo)致Y軸伺服無(wú)法正常工作。

　　3.2 Y軸伺服電機(jī)與編碼器故障排查

　　通過(guò)以上分析，結(jié)合報(bào)警信息25000，編碼器錯(cuò)誤。打開機(jī)床防護(hù)罩，檢查Y軸伺服電機(jī)，Y軸編碼器。先將y軸編碼器航空插座拔了下來(lái)，重新插上，然后上電試驗(yàn)，故障依舊。于是采用置換法，將611Ue驅(qū)動(dòng)部件(如圖5所示)上的X軸和Y軸的編碼器反饋信號(hào)線(綠色)及x軸伺服電機(jī)與Y軸伺服電機(jī)的u、V、W三相電源線(橘紅色)對(duì)調(diào)。確認(rèn)無(wú)誤后上電，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)正常了，沒有任何報(bào)警。手動(dòng)按X軸按鈕，Y軸能移動(dòng)，說(shuō)明Y軸的伺服電機(jī)和編碼器都正常。將x軸與Y軸編碼器反饋信號(hào)線(綠色)和電源線換回來(lái)之后，還是出現(xiàn)Y軸伺服報(bào)警。這說(shuō)明Y軸編碼器的反饋信號(hào)線虛接，把插座拆下來(lái)重新擰緊，再次上電之后，故障排除，機(jī)床可以正常動(dòng)作，此故障屬信號(hào)線插座連接松動(dòng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

　　Profibus-DP總線故障報(bào)警是西門子系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床維修當(dāng)中的常見故障，針對(duì)此故障要充分理解Profibus-DP總線的連接原理，總線端口的結(jié)構(gòu)以及工作原理。本次維修當(dāng)中還發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床在使用當(dāng)中會(huì)經(jīng)常遇到連接松動(dòng)的問題，此類問題需要耐心細(xì)致的分析才可能排除。