晶圆厂的技术人员如何根据面包屑找到问题的根源

最近,我们接到一家液压零件制造商的电话,该制造商的一台 CNC 弯管机每班每班都会损失几个小时的生产时间:们可以运行几个零件,然后我们就遇到了马车故障!

有问题的折弯机是一台较旧的机器,大约在六个月前使用新的 BendPro G2 控制系统进行了升级。该业务用博世力士乐的新型数字驱动器和伺服电机替换了该装置的旧模拟伺服驱动器和电机。

伺服系统如何工作

在 CNC 弯管机上,几乎每个设备的运动(轴)都可以通过伺服电机精确定位,伺服电机由伺服驱动器控制。伺服驱动器是将机器的电压转换为受控电压以精确移动伺服电机的放大器。

伺服电机向驱动器提供信号,驱动器监控其速度和方向。要知道移动的方向和速度,控制系统必须向驱动器提供信息。大多数数控折弯机至少有两个伺服电机,一台全电动机器可能有 12 个或更多。

模拟与数字通信

模拟。在模拟伺服系统中,主控制系统发送指示驱动速度和方向的模拟信号。信号可能是低电流模拟信号,但最常用的系统提供指令电压,最高 10 正直流电压或低至 10 负直流电压 (+/- 10 VDC)。理论上,如果向驱动器施加零伏命令信号,则轴应该是静止的。如果系统提供 +10 伏电压,则驱动器应朝一个方向全速移动;如果是 -10 伏,它应该在相反的方向全速移动;如果是 5 伏,它应该以半速移动;等等。

驱动器将提供的任何命令电压转换为轴的相对速度和方向。然后驱动器监控该电压以确保伺服电机执行正确的速度和方向。

位置和速度反馈也提供给控制系统;驱动器可能会发送一个模拟电机反馈信号的信号,或者可能有第二个编码器正在监控轴位置数据。控制系统使用此反馈来调整模拟电压信号以精确控制轴。

驱动和控制系统还必须有一些额外的输入和输出来相互传达状态。控制器将发送一个使能信号,表明驱动器可以移动轴,驱动器将提供一个 OK 信号,告诉控制单元其内部系统或电机没有遇到任何问题。

此外,作为一项安全措施,当控制系统未准备好移动时,通常会通过使用接触器将主电源与驱动器断开或在驱动器和驱动器之间提供断路来阻止驱动器移动轴。电机。

一个额外的模拟信号也可以连接到驱动器,以传达应该使用多少电机的可用功率来进行运动。

由于所有这些都发生在机器和控制柜中的一系列电线和电缆上,因此模拟系统容易受到电气噪声的影响,这可能会导致轴意外移动。切断或短路的电缆也可能将意外电压传输到模拟信号或阻止位置反馈。在极端情况下,轴可能会失控地跑掉。

在对模拟系统进行故障排除时,技术人员应使用普通电压表检查输入、输出和命令信号。大多数现代模拟驱动器都有一个小屏幕,显示驱动器状况的状态消息。这可以是一个简单的两个字母代码或一系列符号和指示灯。大多数系统还维护最近故障的日志。

这些历史数据对于对模拟系统进行故障排除的技术人员来说非常有价值。要检索历史数据,必须将计算机直接连接到驱动器,并使用制造商的软件。

Current Tech(BendPro 弯管软件的制造商)的控制工程师 Chris Brennan 说:“模拟驱动器通常只给出通用的驱动器故障信号。调查实际故障通常意味着打开高压柜门,出于安全原因,操作员通常不允许这样做。”

数字的。在数字伺服系统中,驱动器仍然控制电机速度和方向,并从电机接收反馈,确认它正在执行正确的速度和方向。然而,来自控制系统的命令和来自控制系统的反馈是通过数字通信网络提供的。

伺服和控制系统制造商已经开发出不同的协议和方法用于设备之间的通信(例如,ProfiBUS、ModBUS、EtherCAT 和 SERCOS)。它们都允许伺服驱动器和控制系统以及可能需要的许多其他设备之间进行双向通信。

在数字系统中,不是通过电线发送电压或电流信号来与驱动器通信速度和方向,而是控制本质上发送一个信号,表示“以这个速度移动到这个位置”,驱动器处理电机的实际运动。每秒数千次沿同一数字网络向控制系统提供位置和速度反馈。由于这些系统不依赖于模拟信号,因此它们不太可能因电气噪声或电缆切断或短路而发生意外运动,因此轴失控的风险要小得多。

由于驱动器连接到数字通信系统,因此可以将更多信息来回传输,直接发送到控制系统或驱动器软件。在运行期间,驱动器可以监控电机的关键数据,例如电机速度、移动的缩放距离、实际缩放位置、电机温度和移动所需的扭矩。

根据驱动器制造商和使用的通信协议,技术人员可以使用这些数据对特定轴发生的多个问题进行故障排除,甚至可以独立于主控制系统测试电机和轴的运动和缩放。

通常,您通常可以将驱动器制造商的软件直接加载到控制系统上。如果这样做,技术人员可以通过数字通信系统远程访问整个伺服系统,而无需直接连接到伺服驱动器。通过远程连接到机器,技术人员可以监控状态、历史记录、缩放和其他系统参数,以确定导致特定问题的原因。通过本地操作员控制机器运动,技术人员可以监控伺服系统的实时数据。

“使用数字驱动器,控制系统可以读取和记录实际故障数据,这意味着系统的主要故障排除可能会更容易发生,可能根本不需要打开机柜,”布伦南说。

解决问题

在滑架故障前只能运行几个部件的折弯机上,RbSA 工业技术人员能够远程登录到运行 BendPro G2 折弯机控制软件的控制 PC,并在本地操作员尝试运行部件时监控滑架。通常,在移动轴时,BendPro 会监控其位置和速度,并且仅当轴停留在某个位置窗口内时才允许移动。

最终,在生产过程中,控制系统停止了弯管机并显示 Y 轴(托架)位置错误。以这种方式出现故障后,可以重新启动机器并制造更多零件,看似没有问题,然后再返回相同的错误。

在登录控制 PC 的同时,技术人员还登录了 IndraWorks,这是 Bosch Rexroth 的一个软件包,允许通过系统的 EtherCAT 网络连接到伺服系统。他访问了驱动器的历史故障数据,发现了一系列过流故障。

通常,伺服电机额定在特定电机速度下以特定扭矩运行,这由驱动器控制和监控。电机应该能够在高达 100% 的额定扭矩下无限期地运行。然而,伺服电机也可以短时间以更高的扭矩运行,因此它可以在某些操作期间提供短暂的额外动力——例如,加速、保持速度和减速。如果电机长时间需要超过 100% 的扭矩,驱动系统会消耗过多的电流,这可能会导致驱动器或电机损坏。在此之前,驱动器将停止轴的运动并使其自身进入故障状态。

随着操作员继续尝试运行零件和技术人员远程监控,出现了更多位置错误故障,但几分钟后,BendPro 显示的不是位置错误,而是 Y 轴故障。驱动器出现故障并将故障状态传达给控制系统。 IndraWorks 软件的快速检查确认这又是一个过流情况,正如故障历史记录中所记录的那样。该软件指出电机需要在太长时间内使用过多的扭矩。

在监控扭矩百分比的同时,操作员使用手动模式和控制器上的操纵杆沿机器来回微动滑架,并看到(如预期的那样)扭矩在加速和减速期间短暂超过了额定公差的 100%。然后,在沿机器的整个长度移动几次之后,扭矩跃升超过 200%——不仅在加速期间,而且在空载运动期间。这最终重新造成了过流故障。

事实证明,马车上的一个直线轴承发生了故障,导致电机工作比它应该为下一个弯管定位管子时更努力,有时距离其预期位置足够远,导致控制以停止具有位置错误的机器。反过来,这有时会导致驱动器因过流故障而停止机器,从而防止损坏电机。

幸运的是,制造商的维护部门有可用的轴承,并且能够识别和更换有故障的轴承。大约 20 分钟后,机器又恢复了全面生产。