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電子技術
伺服控制器的原理和維修
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| 近來有同行朋友探討伺服器的維修，而大多維修界的前輩們，總把維修伺服器看得很神秘，很高深的樣子，對技術是守口如瓶。我想在這里拋磚引玉，探討伺服器的原理和維修。 我是一個搞工業控制設備維修的，專長是硬件維修。工業設備最初源起歐美，發揚于日本，所以無論理論也好，設計也罷，都繞不開國外這個詞。在如今網絡，軟件，物聯網，虛擬現實的今天，很多人對硬件維修人員，大多嗤之以鼻。以為就是個玩玩烙鐵的體力活，沒多少技術含量，其實硬件維修道路艱險且漫長，需要了解的實在很多。 硬件是工業控制設備中重中之重的課題，是虛實交互的橋梁，沒這座橋一切都是空談，是繞不開的執行工具，硬件質量的好壞，直接關系到處理結果?，F在世界上頂級的工控設備生產商，都在向模塊化生產靠攏。 什么是模塊化呢？簡單點說就是：把一個設備分拆為幾個部分，每個部份，集成起來生產組合起來。這樣的好處是，可盡量控制設備的故障范圍，節省維護成本，同時拓展了用途。這點在需要聯控的領域優勢非常的明顯。 很多人進入工業設備維修的領域，都是從修變頻器開始的，也有人認為會修變頻器就會修所有的工業控制設備，其實，這僅僅是一個開始。當然，入門級變頻器包括了強電/微電電路/反饋取樣/本地遠程控制等基本功能。通常用在要求運轉精度不高的場合，比如供水，調速等場合。但一些精確控制場合就不同了，要知道工業控制的精髓就是，精確控制。沒有精確度，縱使外觀漂亮大氣，吹得如何天花亂墜，你的產品還是低級產品。有精度要求的場合，比如我們常常乘坐的電梯，起重，造紙，冶金，紡織等有嚴格要求的場合，普通變頻器就往往不能勝任了。這時，就要求伺服控制器登場了。 伺服控制器有那么神乎其神嗎？也別把那東西想得那么復雜，伺服的基本條件是閉環控制。什么是閉環控制？無非就是和輸出馬達組合成一個環路，有反饋而已。變頻器也有反饋，比如電流傳感器就是。伺服的反饋要求更苛刻一些，要求電機每轉動一下的位置信息主控制板都要知道。通俗點說就是：快了就慢下來，慢了就加快一點。這個說起來容易做起來難，要知道動態，慣性，負載變化都在瞬息萬變，馬達那邊出了什么幺蛾子，控制器馬上就知道，而且要做出對應的處理措施，這并不是一件容易的事。 于是第二個問題就出來了，那就是響應問題。所謂的響應，就如人與人之間的對話，一問一答。馬達運行起來那是每分鐘幾千轉的問題，這就是所謂的高速響應。馬達的編碼器擔負起和主控板之間的對話。編碼器制造商按要求將編碼器演算成脈沖，馬達轉一圈，很可能編碼器就輸出了幾千個脈沖，這個脈沖以原始位置為起點，每一個脈沖代表一個位置。你也可以這樣理解，編碼器每圈輸出的脈沖越多，定位越準確，誤差越小。當然以上說的指示一個概念，實際的軟件算法，硬件制造工藝要求，那是相當的復雜的。不過那對與維修工程人員來說，用處不大，但需了解原理。 光說理論沒用，維修的時候，還會遇上各種編碼器，什么絕對編碼器，增量編碼器，通訊式編碼器，旋轉變壓器等等。所以有人說，工業設備的維修技術，一半是理論，一半是經驗。在現實維修中，很多事情是沒時間給你去慢慢推敲理論，客戶要你一看故障結果，就需要判斷出故障點。個人經驗，在日本美國產品中，習慣用編碼器作為反饋器件，代表如三菱，安川，松下等等。歐洲的一些頂級伺服制造商，非常習慣用旋變（解析器）作為反饋器件，比如倫茨，路斯特，科比等等。對于反饋器件的使用，不敢說誰更勝一籌。但穩定性來說，旋轉變壓器應該穩定一些。但旋變的a/d運算復雜，制作成本也較高，所以一般都只出現在高級的伺服控制器中。 伺服控制器維修，怎樣分析故障？ 伺服器的維修，和變頻器最大的不同就是沒有馬達無法試機，而作為維修公司，你不可能備有所有型號的伺服馬達，試機是一個繞不開的坎。更讓人惱火的是，你不連接編碼器，編碼器的故障報警會掩蓋其他所有故障報警。我的做法是先詢問客戶，伺服器現場故障情況，比如現場根本沒有出現過編碼器相關的故障信息，維修時，你就根本不用考慮編碼器問題。報警過載過流，電壓低，無法定位，無法啟動這些故障，我一般直接找故障點，然后反向推理一到兩步，為什么會出現這個故障報警。 下面說幾個列子，來分析一下維修伺服器的思路。 1.一臺倫茨93es系列伺服器，客戶說速度不穩定，電流時大時小，然后出現過載，客戶還說編碼器已經換了，強調編碼器是好的。 伺服器能運行起來，那就證明輸出驅動，IGBT沒有問題的，電流不穩定，一般來說是電流取樣電路的故障。但倫茨有一個缺點，就是只使用了兩相電流傳感器，如果其中的一個傳感器有了故障，一般功率模塊也就報廢了。雖然納悶，也沒有深究，先拆下模塊，做霍爾動態檢測，波形，幅值完全正常。不放心，將驅動6個橋臂全部檢查，也正常。余下的就是主板的反饋輸入接口了。經過反復檢測，也正常。于是裝機，開環帶燈，正常，試電機也正常。一個上午過去了，可以說沒有找到故障，于是讓客戶拿走。 客戶回去不久就打電話，說故障依舊。事情蹊蹺，這下必須得去現場了。到了現場，讓客戶開機，空載正常，低速也正常，但電流也波動。經過仔細觀察，居然被我看出了問題，原來客戶修改了生產產品規格，由于位置的改變，工廠電工將增量編碼器改為了軟連接，且中點不同心了。低速的時候還是可以的，高速的時候造成抖動，使編碼器輸出信號出錯。 糾正了客戶使用方式，一切恢復正常。記住，伺服器是軟硬件和外部設備相連接起控的，當自己費了九牛二虎之力也沒找到故障時，就該考慮一下外部有沒有問題了。 2.一個客戶發了臺路斯特C系列伺服器過來維修，故障是使用時出現過載停機，每次故障前，馬達會出現震動和噪聲。停機一段時間又可以開機。 德國路斯特伺服器性能可靠，唯一一個缺點是容易掉用戶程序。能冷機開機，讓人很容易想到是不是散熱的問題。當接到用戶發過來的伺服器后，我打消了這個想法。一來這個伺服器較小，只有400w，根本沒有散熱風扇。二是詳細詢問后發現，出現故障的時間不定。如果伺服器散熱故障，一般時間是固定的，不如說使用二十分鐘一定報警。開機后發現，a/d轉換芯片的供電電阻已經燒焦，測量僅阻值變大而已，電壓小了，換新后，供電電壓恢復正常。但經過分析，這個故障點和過載報警根本扯不上什么關系。路斯特馬達一般采用旋變反饋，旋變是很不容易出現問題的。自己維修那么多，旋變從來沒壞過，檢查編碼器連線，居然發現了一條電纜是半開路的，心里一喜，以為找到了故障。因為有匹配的電機，那就試機吧。切換到手動狀態，閉合啟動，將轉速設定到2000轉，然后關門下班。第二天一早查看，電機轉速正常，馬達溫度也正常。于是拍下視頻發給客戶驗收，付款發貨。 回去沒有兩天，客戶就打來電話，說故障依舊，這下傻眼了，怎么可能呢？后來經過和客戶反復溝通，原來還是編碼器線故障。因為我查出故障這條編碼器線原來換過，我修復發回后，工廠技術人員懶得去拆那條編碼器線，結果故障還是那個故障。換線后，設備正常工作。對于遠方的客戶，我一般修復會拍視頻，型號，系列號，運行狀態，給客戶驗收，然后再收款發貨。但有的時候，測試正常和現場使用一定要溝通好。 3.有客戶拿了一臺提花機專用，叫answer（安速）伺服器過來維修，故障是沒有顯示。answer這個品牌，是松下伺服的血脈演化而來的，程序架構和應用都差不多。因為提花機已經國產且伺服用量較大，安速這個品牌就和提花機滋潤的活到了現在。 沒顯示肯定電源出了故障，伺服器為了節省空間，很多都采用集成式電源ic，其中又以top24x型號的芯片最多。top24xy的芯片腳位一樣，可以通用，不同的型號無非就是輸出功率不同而已。換掉top246y，電源正常，測電流檢測環路正常，讓用戶取走。上機，居然報警13，13是母線電壓過低，調換控制器工作正常?？礃幼拥拇_還有故障，拿回來檢測母線取樣電路，發現母線檢測正常。百思不得其解，只得將硬件通路重新檢測一番。影響伺服的硬件工作條件的故障依序是：編碼器，母線檢測，溫度檢測，電流檢測，驅動電路。用排除法一一排除，最后鎖定在驅動輸出上。我的理由是：伺服輸出報警13，可能是輸出電流過大，電流過大電壓降低，由于伺服沒有旋轉起來，此時電壓檢測優先于電流檢測。目標清晰了以后，仔細查看，最后故障果然出現在驅動光耦上pc929上，換新，故障排除。 實踐告訴我，有的故障報警，是互相關聯的，邏輯上存在優先報警級別。有時自己看到的故障提示，并不是故障本身。伺服器維修，其實也沒那么復雜，真要遇上了復雜的故障，也大可不必驚慌，大不了帶馬達測試再維修。 作為維修人員來說，原理是必需要知道的，弄懂工作原理可以參考相關的技術書籍?，F場使用需要會一點點（應用工程師需要熟悉應用，這點和維修不同），我的經驗是反復看一個牌子的使用手冊，看懂了不敢說一通百通，但對同品牌的伺服控制器，本來就有很多相通的地方，完全可以靈活借鑒。故障優先級別需要在實踐中去總結，凡事往后推理三步，一切原形畢露！反饋器件類型很多，按說明書選擇即可。工業制造在不斷的升級，伺服控制器用得越來越普遍，對維修工程師來說，大多數的伺服其實是不需要匹配馬達測試，就能找到故障點的。 只要你明白了這些，哈哈，套用徐志摩先生話說就是：你不必訝異，更無須驚喜，在轉瞬間修好了一個伺服器…… |
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