任务6.3 智能制造加工设备的故障排除与维护保养
一、堆垛机常见故障与排除
1.货物外形不规则导致的堆垛机故障
报警原因分析与对策：一般情况下，堆垛机外形报警是由货物箱破损引起的，所以，在货物入库时，应该检查货物箱是否符合规格，对于不符合规格的货物箱，重新进行整理捆扎，对于破损的货物箱，进行加固。
2.电气或者机械原因导致的堆垛机故障
X 号库Y 号堆垛机在运行中频繁报警：变频器异常。
（1）故障原因分析
Y 号堆垛机在正常入库、出库运行中，堆垛机突然停止运行，故障指示灯闪烁，查询触摸屏显示报警代码，为变频器异常。
（2）故障排除方法
①变频器报警：参数调整不当，根据报警代码重新调整参数。
②检查堆垛机轨道螺钉是否紧固，检查堆垛机供电线路（滑触线）是否水平，是否有明显变形和损伤，检查堆垛机集电器与滑触线接触是否良好，检查集电器电刷磨损情况，发现磨损严重时，需更换电刷。
③检查堆垛机行走、升降电动机的接触器触点有无过度磨耗，如果有明显磨耗，将会引起电动机电流不稳定而导致变频器启动保护功能，必须更换接触器排除故障。
④测量行走、升降电动机的变频器主电路电源输入端子（R／S／T）之间电压是否正常，检查变频器控制电路的接线有无损伤。
⑤检查变频器输出端子（U／V／W）之间有无短路，任何一组之间有短路都会导致变频器故障。
⑥确认电动机电磁刹车的开放状态，便于判断堆垛机有无因机械方面原因而导致的超负荷。
⑦检查装载的货物重量是否超过额定值。
⑧更换行走编码器，检查堆垛机接口板是否接触不良或者损坏。
3.X 号库Y 号堆垛机报升降位偏离故障
（1）故障原因分析
Y 号堆垛机出库时报警，报警代码为升降位偏离。
（2）故障排除方法
①检查堆垛机定位光电开关是否正常工作，调整定位光电位置。
②用水平仪检查货位横梁是否水平、是否变形，不在水平方向时，需要调整或更换横梁。
③检查堆垛机升降位置光电开关工作是否正常。
④检查升降定位挡块是否松动脱落，调整并紧固。
⑤更换升降编码器，确认堆垛机接口板是否损坏。
4.堆垛机运行中突然掉电
（1）故障原因分析
堆垛机在正常运行过程中突然掉电。
（2）故障排除方法
①超速保护钢丝绳断绳开关动作，调整行程开关与撞尺间隙，收紧钢丝绳。
②过载保护开关动作，调整行程开关与撞尺间隙。
③集电器与滑触线接触处破损引起短路，更换集电器。
④集电器瞬间断电，更换集电器或检查滑触线接头。
⑤滑触线接头螺栓松动，检查、紧固滑触线接头。
5.信息通信原因导致的堆垛机故障
（1）故障原因分析
仓库控制系统通过以太网连接至工业级路由网关，堆垛机、PLC 和HMI 通过各自的以太网接口连接至路由网关，接收上位机（WCS）的出、入库分配指令，以及向上位机传送运载和载荷或报警状态。在信号传输过程中，由于受到外界环境干扰，会出现信号传输失败的现象，主要有三种情况：
①堆垛机与上位机无法联机。
②配方库货物重复入库。
③配方库堆垛机空取货物。
（2）故障排除方法
根据现场情况，排查并且尽量消除外界环境干扰源，采用带有屏蔽功能的电缆，屏蔽进行可靠接地，接地电阻小于8 Ω，避免出现信号传输失败现象。
6.软件相关的故障
典型故障：子站控制的输送链全部无法运转，对应接口模块上BF 灯闪烁，电源指示灯绿色亮。
（1）故障原因分析
通常从站BF 灯闪烁，就是主站与这个从站没有数据交换，属于软件问题，因此，可以初步判定接口模块未组态或组态错误，造成DP 主站与接口模块之间没有进行数据交换。
（2）故障排除方法
①检查接口模块DP 地址与组态中的地址是否匹配。
②检查硬件组态和参数分配。
③检查接口模块本身是否正常。
二、机器人常见故障与排除
1.机器人本体备用电池的更换
若机器人出现电池电压低报警，可能会使机器人原点丢失，这时就需要更换本体备用电池。
更换步骤：
①操作机器人回到原点，切换到坐标监控界面，查看机器人各轴的关节坐标值是否为零。
②拆开机器人本体电池后盖，将指定的电池组安装到备用的电池组插座中，再拆除旧电池组（确保编码器不会因更换电池而瞬间掉电）。
③电池组更换好后，需再次确认机器人各轴的关节坐标值是否为零，为零，机器人原点正确；不为零，须重新设置机器人原点。
2.常见报警与处理
报警代码：1；报警名称：超速
（1）故障原因分析
①控制电路板故障、编码器故障。
②输入指令脉冲频率过高。
③加／减速时间常数太小，使速度超调量过大。
④输入电子齿轮比太大。
⑤编码器故障。
⑥编码器电缆不良。
⑦伺服系统不稳定，引起超调。
⑧负载惯量过大。
⑨编码器零点错误。
（2）故障排除方法
①更换伺服驱动单元、伺服电动机。
②正确设定输入指令脉冲。
③增大加／减速时间常数。
④正确设置。
⑤更换伺服电动机。
⑥更换编码器电缆。
⑦重新设定有关增益，如果增益不能设置到合适值，则减小负载转动惯量比例。
⑧减小负载惯量，更换大功率的驱动单元和电动机。
⑨更换伺服电动机，请厂家重调编码器零点。
报警代码：5；报警名称：电动机过热
（1）故障原因分析
①指令脉冲频率太高。
②电路板故障。
③电缆断线。
④电动机内部温度继电器损坏。
⑤电动机过负载。
（2）故障排除方法
①降低频率。
②更换伺服驱动单元。
③检查电缆。
④检查电动机。
⑤减小负载，降低启停频率，减小转矩限制值，减小有关增益，换更大功率驱动单元和电动机。(https://www.daowen.com)
报警代码：12；报警名称：过电流
（1）故障原因分析
①驱动单元U、V、W 之间短路。
②接地不良。
③电动机绝缘损坏。
④驱动单元损坏。
（2）故障排除方法
①检查接线。
②正确接地。
③更换电动机。
④更换驱动单元。
报警代码：17；报警名称：制动时间过长
（1）故障原因分析
①输入电源电压长时间过高。
②无制动电阻或制动电阻偏大，在制动过程中，能量无法及时释放，造成内部直流电压的升高。
（2）故障排除方法
①接入满足伺服单元工作要求的电源。
②连接正确的制动电阻。
报警代码：26；报警名称：外部电池报警
（1）故障原因分析
外部电池低于3.1 V。
（2）故障排除方法
更换外部电池。
报警代码：30；报警名称：编码器Z 脉冲丢失
（1）故障原因分析
①Z 脉冲不存在，编码器损坏。
②电缆不良。
③电缆屏蔽不良。
④屏蔽地线未连好。
⑤编码器接口电路故障。
（2）故障排除方法
①更换编码器。
②检查编码器接口电路。
三、PLC 总控柜常见故障与排除
1.外围电路元器件故障
此类故障在PLC 控制柜工作一定时间后经常发生。在PLC 控制回路中，如果出现元器件损坏故障，PLC 控制柜的控制系统就会立即自动停止工作。
输入电路是PLC 接收开关量、模拟量等输入信号的端口，其元器件质量的优劣、接线方式及是否牢靠也是影响控制系统可靠性的重要因素。
对于开关量输出来说，PLC 的输出有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出三种形式，具体选择哪种形式的输出，应根据负载要求来决定，选择不当会使系统可靠性降低，严重时导致系统不能正常工作。
此外，PLC 控制柜的输出端子带负载能力是有限的，如果超过了规定的较大限值，必须外接继电器或接触器才能正常工作。
外接继电器、接触器、电磁阀等执行元件的质量，是影响系统可靠性的重要因素。常见的故障有线圈短路、机械故障造成触点不动或接触不良。
2.端子接线接触不良
此类故障在PLC 控制柜工作一定时间后，随着设备动作频率的升高而出现。由于控制柜配线缺陷或者使用中的振动加剧及机械寿命等原因，接线头或元器件接线柱易产生松动、锈蚀而引起接触不良。
这类故障的排除方法是使用万用表和一些专用仪器来进行检查，借助控制系统原理图或者是PLC 控制柜逻辑梯形图进行故障诊断维修。对于某些比较重要的外设接线端子的接线，要保证连接可靠，连接方式一般采用焊接冷压片或冷压插针的方法处理，最好每年检查一次以上。
3.系统故障分析及处理
（1）PLC 主机系统
PLC 主机系统最容易发生故障的地方一般为电源系统和通信网络系统，是因为电源在连续工作、散热过程中，电压和电流的波动冲击是不可避免的。通信及网络受外部干扰的可能性大，外部环境是造成通信外部设备故障的最大因素之一。系统总线损坏主要是由于现在PLC 多为插件结构，长期使用插拔模块会造成局部印制板或底板、接插件接口等处的总线损坏，在空气温度变化、湿度变化的影响下，总线的塑料老化、印制线路的老化、接触点的氧化等都是系统总线损耗的原因。所以，在系统设计和处理系统故障的时候，要考虑到空气、尘埃、紫外线等因素对设备的破坏。目前PLC 的主存储器大多采用可擦写ROM，其使用寿命除了主要与制作工艺相关外，还和底板的供电、CPU 模块工艺水平有关。而PLC 的中央处理器目前都采用高性能的处理芯片，故障率已经大大下降。对于PLC 主机系统故障的预防及处理，主要是提高集中控制室的管理水平，加装降温措施，定期除尘，使PLC 的外部环境符合其安装运行要求；同时，在系统维修时，严格按照操作规程进行操作，谨防人为地对主机系统造成损害。
（2）PLC 的I／O 端口
PLC 最薄弱的环节在I／O 端口。PLC 的技术优势在于其I／O 端口，在主机系统的技术水平相差无几的情况下，I／O 模块是体现PLC 性能的关键部件，因此它也是PLC 损坏中的突出环节。要减少I／O 模块的故障，就要减少外部各种干扰对其的影响，首先要按照其使用的要求进行使用，不可随意减少其外部保护设备，其次分析主要的干扰因素，对主要干扰源要进行隔离或处理。
（3）现场控制设备
①继电器、接触器类。
PLC 控制系统的日常维护中，电气备件消耗量最大的为各类继电器或空气开关。主要原因除产品本身外，就是现场环境比较恶劣，接触器触点易打火或氧化，然后发热变形，直至不能使用。生产线上所有现场的控制箱都是选用密闭性较好的盘柜，其内部元器件较其他采用敞开式盘柜内元器件的使用寿命明显要长。所以，减少此类故障应尽量选用高性能继电器，改善元器件使用环境，减少更换的频率，以减少其对系统运行的影响。
②阀门或闸板类。
因为这类设备的关键执行部位相对位移一般较大，要经过电气转换等几个步骤才能完成阀门或闸板的位置转换，或者利用电动执行机构推拉阀门或闸板的位置转换，所以机械、电气、液压等各环节稍有不到位，就会产生误差或故障。长期使用缺乏维护，机械、电气失灵是故障产生的主要原因，因此，在系统运行时，要加强对此类设备的巡检，发现问题及时处理。对此类设备建立了严格的点检制度，经常检查阀门是否变形，执行机构是否灵活可用，控制器是否有效等，很好地保证了整个控制系统的有效性。
③开关、极限位置类。
此类故障出现在安全保护和现场操作的一些元件或设备上，其原因可能是长期磨损，也可能是长期不用而锈蚀老化。如生产线窑尾料球储库上的布料行走车来回移动频繁，而且现场粉尘较大，所以接近开关触点出现变形、氧化、粉尘堵塞等，从而导致触点接触不好或机构动作不灵敏。对于这类设备故障的处理，主要体现在定期维护上，要使设备时刻处于完好状态。对于限位开关，尤其是重型设备上的限位开关，除了定期检修外，还要在设计的过程中加入多重的保护措施。
④接线盒、线端子、螺栓螺母等。
这类故障的产生，除了设备本身的制作工艺原因外，还和安装工艺有关，如电线和螺钉连接是压得越紧越好，但在二次维修时很容易导致拆卸困难，大力拆卸时，容易造成连接件及其附近部件的损害。长期的打火、锈蚀等也是造成故障的原因。这类故障一般是很难发现和维修的，所以，在设备的安装和维修中，一定要按照安装要求的安装工艺进行，不留设备隐患。
⑤传感器和仪表类。
这类故障在控制系统中一般反映在信号不正常上。设备安装时，信号线的屏蔽层应单端可靠接地，并尽量与动力电缆分开敷设，特别是高干扰的变频器输出电缆，而且要在PIC 内部进行软件滤波。这类故障的发现及处理也和日常点巡检有关，发现问题应及时处理。
⑥电源、地线和信号线的噪声（干扰）。
这一类问题的改善或解决主要在于工程设计时的经验和日常维护中的观察分析。总线接地电阻一般要求小于8 Ω，要求高的小于4 Ω，检查时，要使用专用接地电阻测量仪器进行测量。对于信号干扰，在设计规划时，应尽量远离、避开容易引起干扰的设备，如中频、高频加热设备，同时，使用的电缆应尽量采用带屏蔽层的，并且保证屏蔽层可靠接地。
教学任务单
【学习步骤】
以油缸套筒加工提出任务，在加工准备工作中掌握分析工序卡片及图样，根据分析选择合适的智能制造加工设备，对选定的设备工作原理及结构进行分析，掌握设备的调整及操作方法，掌握对设备故障的分析与排除能力，学会本类设备的操作规程维护及其保养。
【任务实施】
一、读懂零件图
请根据零件图及任务要求填写表6.3.1。
表6.3.1 零件图识读
出现的问题：
二、柔性制造系统的认识
1.柔性制造系统的组成及应用是什么？
2.FMS 控制系统组成是什么？
3.智能制造切削加工单元设备组成是什么？
出现的问题：
三、完成智能制造设备调整
1.按照油缸套筒加工要求完成机器人操作编程。
2.完成示教器的主要操作步骤，填入表6.3.2。
表6.3.2 示教器操作步骤
出现的问题：
【任务考核】
评分标准
【任务总结】
【大国工匠】 黄维祥
勤能补拙是良训，一分辛苦一分才。2003 年，一汽集团举办高技能人才考试，黄维祥脱颖而出，以优异成绩杀入前30 名，被选拔进入数控维修技术培训班。利用于太网技术将数控机床进行联网，实现了对设备的实时网络系统监控和对故障的软件智能化分析，大幅提高了设备管理水平。10 年来，黄维祥改进、改造设备130 余台，攻克维修难题300 多项，并制作了60 种数控机床软件的备份，累计为企业节创价值1 500 余万元。长春市金牌工人、吉林省十大工匠、中央企业优秀员工、全国五一劳动奖章获得者……众多荣誉接踵而至。