維修后的伺服器如果做帶馬達(dá)測試，成本很高。為解決這一問題，昌暉儀表分享自制模擬測試儀不用馬達(dá)維修測試伺服器的模擬測試技術(shù)，希望對大家在維修閉環(huán)控制的驅(qū)動器時有所啟發(fā)和幫助。
一、什么是驅(qū)動呢？
驅(qū)動就是變頻器和伺服器的總稱，也包括運(yùn)動控制器。變頻器和伺服器最大的區(qū)分就是開環(huán)控制和閉環(huán)控制，但變頻器不也全部都是開環(huán)控制，很多變頻器支持閉環(huán)控制，一些工程型變頻器，閉環(huán)控制后，控制精度也很高。比如注塑機(jī)上的驅(qū)動變頻器，實(shí)質(zhì)上也是變頻器，同樣也采用閉環(huán)控制方式。很多進(jìn)口品牌變頻器和伺服控制器外觀接口完全一樣，以軟件包功能來區(qū)分變頻器和伺服器的功能。舉兩個品牌為例：先說lenze，比如93系列，矢量變頻器，伺服控制器，定位控制器等等，外觀幾乎一摸一樣；再說keb科比，比如市場上用得最多的F5系列，都自帶了幾個軟件包，開環(huán)閉環(huán)程序一應(yīng)俱全，用戶只能從銘牌尾綴上去區(qū)分。
圖1 美國ct艾默生sp系列變頻伺服控制器
工業(yè)設(shè)備三大板塊：控制、通訊和驅(qū)動。三大板塊又是相互關(guān)聯(lián)的，配合的。在實(shí)際維修中，驅(qū)動是出故障最多的一個板塊。顧名思義，驅(qū)動，就是驅(qū)動馬達(dá)的，馬達(dá)雖然種類繁多，什么交流馬達(dá)、直流馬達(dá)、伺服馬達(dá)、同步馬達(dá)、線性馬達(dá)等等。但馬達(dá)的作用，就是把電力轉(zhuǎn)換為動力的載體。電動機(jī)這東西原理其實(shí)沒那么簡單，要運(yùn)動起來很容易，要停下來，斷電就行！但要讓它精確的起動和停止，就比較復(fù)雜了，除了電機(jī)本身的性能指標(biāo)，就必須要用驅(qū)動器控制。
伺服器一般功率都不會太大，接口統(tǒng)一，適合于需要二次開發(fā)的場合去應(yīng)用。伺服器一般需要匹配專用電機(jī)，必須閉環(huán)控制(測速反饋無法屏蔽)。這就引出一個問題：沒有電機(jī)配對，第一時間就反饋報(bào)警，讓維修變得十分棘手，更無法進(jìn)行運(yùn)動測試！運(yùn)動控制器更麻煩，很多都走了通訊，有的連數(shù)字控制端口都沒有(比如kuka機(jī)械臂驅(qū)動器)！！單臺運(yùn)動控制器維修，要做輸出測試，幾乎不可能。
用了反饋的閉環(huán)變頻伺服器，要維修，兩個問題必須得面對：
1、閉環(huán)控制的驅(qū)動器維修，或要有配套的電機(jī)，或要修改參數(shù)
先說配套的電機(jī)，像大功率的驅(qū)動設(shè)備，不可能拿電機(jī)給你匹配測試；修改參數(shù)，風(fēng)險同樣存在，有些品牌的控制器，用戶程序邏輯關(guān)聯(lián)復(fù)雜，明明只改動一個參數(shù)，后臺就把所有的關(guān)聯(lián)參數(shù)，給默認(rèn)變動了，造成原數(shù)據(jù)無法恢復(fù)。
2、自己匹配各種電機(jī)
投入很大，但最直接，很多維修公司也的確這樣做的。對于專修一二個品牌是可以的，但如果你什么品牌都維修，就不太現(xiàn)實(shí)了。那么，在維修閉環(huán)控制的驅(qū)動器方面，就沒有別的辦法了么？當(dāng)然有辦法，昌暉儀表的方法就是做一款模擬測試儀，專門對付這種閉環(huán)控制器。好處是不改任何參數(shù)，讓控制器有輸出，啟動，正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，加速，停止一應(yīng)俱全，通道問題一覽無余。缺點(diǎn)是無法測試過流過載問題，模擬嗎，我們維修人員只能看清楚工作狀態(tài)，不是實(shí)際帶載。但根據(jù)昌暉儀表的經(jīng)驗(yàn)，通過模擬測試的方法，成功率95%+應(yīng)該有了。
圖2 德國力士樂伺服控制器
二、驅(qū)動器維修的故障判斷與測試技術(shù)
既然閉環(huán)控制器維修起來很麻煩，又是繞不開的坎。昌暉儀表作為這個靠這個行業(yè)吃飯的專業(yè)公司，就找辦法來克服它嘛！舉個例子，海天注塑機(jī)上的伺服驅(qū)動器，用的是德國keb科比的F5系列變頻控制器。Keb作為注塑驅(qū)動的老大哥，產(chǎn)品不止在中國幾大知名注塑設(shè)備上可見，在世界上很多注塑機(jī)品牌也用的是keb的產(chǎn)品。但keb有一個毛病，就是用戶參數(shù)邏輯性太強(qiáng)，明明肆仟多條參數(shù)，出廠的時候，精簡成用戶可見的幾十條參數(shù)(CP參數(shù))，你在界面上改一個參數(shù)，背后互相關(guān)聯(lián)的參數(shù)自動修改一大堆！作為沒有經(jīng)驗(yàn)的維修人員，當(dāng)你喜滋滋的采用開環(huán)試機(jī)后，改回原參數(shù)再給用戶的時候，奇怪的是用戶多半都用不了了。昌暉儀表就修過不少兄弟同行試機(jī)后掉數(shù)據(jù)的案例，其實(shí)不止keb品牌，別的品牌也存在一樣的問題。如果你把工控維修只是換換硬件，那證明有些學(xué)費(fèi)還沒交夠。
于是昌暉儀表想辦法做了個模擬測試儀，順著這條思路研究別的品牌，得出的總結(jié)是：除了采用純總線控制的控制器，幾乎都可以集成出想要的測試模塊，只不過成本有高有低，但是都可以做。除了做維修，用模擬測試儀判斷現(xiàn)場是控制器還是馬達(dá)問題，立竿見影。用模擬測試儀判斷編碼器斷線，又準(zhǔn)又快。
1、模擬測試的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：可以盡量不改動驅(qū)動器用戶參數(shù)試機(jī)，讓變頻伺服器真正的有頻率和電壓輸出。如果是運(yùn)動控制器，只要用了數(shù)字啟動端口就可以做測試。缺點(diǎn)：①沒法匹配總線控制的控制器；②輸出只能帶燈泡，不能帶電機(jī)，因此無法測試動態(tài)電流。但這就夠了，畢竟報(bào)警過流過載的我們可以通過霍爾動態(tài)檢測法，輕而易舉就能找到故障點(diǎn)。
2、需要準(zhǔn)確對接控制器的反饋方式
縱觀市場上采用閉環(huán)控制的進(jìn)口驅(qū)動器，大體可以分為兩大類，解析器(旋轉(zhuǎn)變壓器)和編碼器。歐洲品牌對旋變的運(yùn)算解碼技術(shù)成熟，喜歡默認(rèn)旋變。美日的產(chǎn)品更傾向使用編碼器。這兩種用法各有所長，就穩(wěn)定性來說，旋變當(dāng)然更穩(wěn)定。就使用場景來說，編碼器更輕，也更容易安裝。
3、驅(qū)動控制的接口
不管是歐美產(chǎn)品還是日韓產(chǎn)品，都采用DB15或DB9標(biāo)準(zhǔn)頭，至于針孔的定位，可以參考模擬測試儀的產(chǎn)品手冊。
4、現(xiàn)場故障判斷的難度
作為工廠電工，現(xiàn)場故障判斷是必須具備的。但現(xiàn)場判斷也有不同的難度。比如伺服器過流過載或反饋報(bào)警：是馬達(dá)的故障還是伺服器的故障？是編碼器斷線還是過負(fù)荷造成？在現(xiàn)場，一條編碼器走線都夠你忙活一上午了，弄不好就得拆機(jī)，相互調(diào)換……
三、把驅(qū)動器的維修簡單化
嚴(yán)格來說，每一個品牌的變頻器和伺服器都可以做模擬測試儀。品牌廠家最容易搞，但品牌肯定不會干這件事，自己的產(chǎn)品什么測試條件不具備呢。一些技術(shù)實(shí)力強(qiáng)悍的維修公司是具備模擬測試的，但那是不傳之密，大家心照不宣的守口如瓶。如果說工控維修真的像傳說中一樣存在段位的話，除了理論基礎(chǔ)，實(shí)操經(jīng)驗(yàn)，PCB板件測繪，邏輯分析等軟實(shí)力，維修測試同樣非常重要。昌暉儀表把模擬測試方法用設(shè)備的方式做出來，目標(biāo)，就是拉低一下工控維修的門檻。
考慮到市場上產(chǎn)品的型號兼容性和匹配度，這款測試裝置，是可以匹配歐美大多數(shù)品牌的。自帶解析器功能和增量編碼器功能，常見品牌如：lenze倫茨伺服器，keb控制器，BAUMULLER鮑米勒控制器，lust路斯特伺服器，ct艾默生變頻伺服器……經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)換，實(shí)測都能匹配。只是不同品牌需要不同的數(shù)據(jù)線，大多不需要更改用戶數(shù)據(jù)，有的也需要修改一些參數(shù)，匹配好后，直接啟動就有輸出。
模擬測試儀功能
1、解析器反饋方式。針對不同的品牌匹配不同的編碼器線，編碼器線一端和測試儀連接，一端連接變頻伺服器編碼器端口。帶轉(zhuǎn)速調(diào)整和正反轉(zhuǎn)換向功能
2、編碼器反饋方式。普通測試儀只支持增量式8線編碼器，供電電壓不限。(如絕對值，USB口編碼器需要定制)。注意不同的品牌需要不同的編碼器線。帶轉(zhuǎn)速調(diào)整和正反轉(zhuǎn)換向功能。
3、0-10V的電壓輸出，可做外部模擬給定。
4、4-20mA電流輸出，可做外部模擬給定。
5、脈沖輸出，可以作為驅(qū)動脈沖給定轉(zhuǎn)速。
6、編碼器斷線檢測功能。現(xiàn)場很多編碼器走線復(fù)雜，用斷線檢測功能，很快可以確定是不是有連線斷路，非常省力省時。最多支持16線檢測。
7、變頻伺服器輸出缺相檢測。這個功能需要先啟動控制器(有的品牌缺相無法啟動)，連接假負(fù)載，然后切換到缺相檢測功能，可以準(zhǔn)確出u/v/w相的那個橋臂出了故障。
模擬測試儀：根據(jù)切換，可以旋轉(zhuǎn)變壓器反饋，增量反饋等大多數(shù)品牌，帶編碼器斷線檢出功能
假負(fù)載：可以假負(fù)載輸出，判斷缺相，關(guān)機(jī)自動放電等功能
用途和實(shí)例
例1：一臺海天注塑機(jī)油壓伺服無法啟動，但無法確定是馬達(dá)故障還是變頻控制器問題，有模擬測試儀就可以很快判斷出問題。過程如下：
①將馬達(dá)線卸下，連上假負(fù)載(燈泡)。
②將反饋線和數(shù)字端子拔下。
③將測試儀的編碼器線插接在x3a口，將數(shù)字端子插數(shù)字接口。這時只需要在模擬測試儀上轉(zhuǎn)換外部/內(nèi)部啟動模式，拔動啟動開關(guān)，加速解析器，變頻伺服器如果正常，就應(yīng)該有輸出，燈泡隨輸出頻率點(diǎn)亮。
例2：一臺lenze9324ep定位伺服器，輸出報(bào)警反饋故障。倫茨在紡織，機(jī)械行業(yè)的運(yùn)用廣泛，倫茨也是典型的，以軟件區(qū)別用途品牌。以93系列的來說，ev就是普通的變頻器，es是普通伺服器，ep是定位伺服器，ep系列是屏蔽不了閉環(huán)功能的，默認(rèn)解析器反饋。將x7口連接編碼器線，對應(yīng)測試儀的DB9針插口。將數(shù)字端口對應(yīng)x5的數(shù)字端口。設(shè)啟動電源為外部供電，測試儀數(shù)據(jù)線自編程對應(yīng)e4，啟動對應(yīng)28，gnd對應(yīng)59。加載解析器，伺服器有輸出燈泡點(diǎn)亮。既然反饋正常，有輸出，證明輸出通路大抵正常，故障要嗎出在編碼器，要嗎出在驅(qū)動部分。接著測試輸出相位。將測試儀速度穩(wěn)定在300rpm，將輸出測試切換到相位檢測上，當(dāng)測到w相上橋的時候，燈泡不亮，確定故障出在w相上橋。開機(jī)檢測，發(fā)現(xiàn)上橋供電元件損壞，更換后輸出正常。同樣，測試儀也可以單獨(dú)測試現(xiàn)在9400伺服系列。
例3：一臺ct艾默生sp系列的變頻伺服器，無顯示，客戶用在機(jī)床上面。Ct艾默生變頻伺服器，sp系列是其高端產(chǎn)品，用途廣泛，同樣是用軟件，包區(qū)分應(yīng)用功能的品牌。要說電源問題其實(shí)很簡單，但用戶擔(dān)心掉數(shù)據(jù)，說以前修過了數(shù)據(jù)就弄丟了，造成裝機(jī)無法使用。本來問題不復(fù)雜，但客戶這樣一說，昌暉儀表也不打算帶電機(jī)了，直接用測試儀測試。
從參數(shù)得知，這臺Ct艾默生用的是增量編碼器，默認(rèn)接口是DB15針，找出對應(yīng)的編碼器線(這時要注意編碼器供電電壓，插在測試儀對應(yīng)的DB口上)，將數(shù)字線(需要另做)連接到變頻伺服器的數(shù)字端口上，確定為外部控制，先屏蔽 報(bào)警功能，在啟動，確認(rèn)無告警。加速編碼器速度，伺服器輸出頻率電壓，假負(fù)載燈泡點(diǎn)亮。
將速度定位到1500prm，運(yùn)行一個小時，發(fā)給客戶，裝機(jī)完全正常。
現(xiàn)場測試實(shí)例
四、后記
模擬測試儀的開發(fā)，其實(shí)比較偶然，今年昌暉工程師有時間走了一下市場，發(fā)現(xiàn)很多維修公司，基本沒有模擬測試的概念，一些不具備測試的驅(qū)動維修，就好像是賭運(yùn)氣的維修，自己也不知道好壞，便先發(fā)給客戶(這也是沒有辦法的辦法)。上半年去江蘇做技術(shù)支援，和圈內(nèi)朋友探討過模擬測試，他們很感興趣，給定了兩個品牌的測試方案(維修量最大)，經(jīng)過一段時間的篩選、對比，最終找出了兼容性比較好的備件，裝配成功。
變頻器伺服器的維修，不管什么品牌都可以找出適合的測試方法。就是走通訊的運(yùn)動控制器，同樣也可以拆分出來測試。昌暉儀表認(rèn)為模擬測試這種辦法，對工廠電工同樣管用，可以輕易的判斷一些現(xiàn)場故障，能節(jié)約一些時間，特別是有很多同型號控制器的場合。
