加工中心開關(guān)電源引起的故障分析

梁 毅

(中國(guó)工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所，四川綿陽 621900)

現(xiàn)在的一些建立在Windows NT平臺(tái)的SOFT型開放式CNC數(shù)控系統(tǒng)和一些工控機(jī)控制的電加工機(jī)床均使用計(jì)算機(jī)。為確保計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，計(jì)算機(jī)需要恒定的電流供應(yīng)。因?yàn)榧词购苄〉碾娏鞑▌?dòng)也可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或系統(tǒng)崩潰。在所有的計(jì)算機(jī)中，都存在能提供恒定電流的開關(guān)電源。但在實(shí)際工作中，很多系統(tǒng)問題都是由開關(guān)電源故障引起，且這種電源引起的故障比較隱蔽，容易被忽視。

1 機(jī)床控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

加工中心配置為ACRAMATIC 2100E控制系統(tǒng)。ACRAMATIC 2100E是一種基于Windows NT平臺(tái)的SOFT型開放式CNC數(shù)控系統(tǒng)，使用雙PC母板及雙80486微處理器分別進(jìn)行運(yùn)算和機(jī)床實(shí)時(shí)控制，如圖1。計(jì)算機(jī)電源連接在WS工作處理器母板上，BB橋接板、各插件板以及RT實(shí)時(shí)處理器母板都通過總線插槽獲得電源和通訊。

2 故障現(xiàn)象

機(jī)床多次出現(xiàn)Windows NT文件丟失和系統(tǒng)找不到硬件故障。最后一次出現(xiàn)系統(tǒng)文件丟失之前，機(jī)床啟動(dòng)很慢，換新的系統(tǒng)硬盤后機(jī)床啟動(dòng)慢的故障仍不能消除。

3 故障維修過程

最后一次出現(xiàn)系統(tǒng)文件丟失之前，機(jī)床啟動(dòng)很慢。由于存儲(chǔ)器內(nèi)存空間不足、內(nèi)存條松動(dòng)、硬盤出現(xiàn)壞道時(shí)均容易出現(xiàn)該故障，因此刪除硬盤上一些加工程序，重新接插各接口板和內(nèi)存條，但機(jī)床啟動(dòng)慢的故障沒有消除。

系統(tǒng)文件丟失后換新的系統(tǒng)硬盤，故障依舊。甚至有時(shí)啟動(dòng)機(jī)床沒有任何反應(yīng)，此時(shí)查看計(jì)算機(jī)電源發(fā)現(xiàn)風(fēng)扇沒有工作，據(jù)此判斷計(jì)算機(jī)開關(guān)電源有故障。靜態(tài)實(shí)測(cè)電源結(jié)果:交流輸入為220 V，而輸出直流電壓5 V為4.94 V;－5 V為－4.83 V;12 V為11.34 V;－12 V為－11.37 V，即所有輸出直流電壓處于欠壓狀態(tài)，電源功率不夠，導(dǎo)致機(jī)床啟動(dòng)很慢，需要更換開關(guān)電源。這種老式的AT電源在現(xiàn)有市場(chǎng)上買不到，而新的ATX電源給主板供電的輸出線接口與原主板不匹配，因此只能根據(jù)主板接口對(duì)新電源重新焊線，使其與主板接口相符。用350 W的ATX新電源后，系統(tǒng)啟動(dòng)很快，機(jī)床運(yùn)行半年多，以前出現(xiàn)的系統(tǒng)找不到硬件的故障再也沒出現(xiàn)。

4 故障原因分析

以前多次出現(xiàn)系統(tǒng)紅色報(bào)警:System Fail 8004E。該報(bào)警含義是電源錯(cuò)誤，需要重啟系統(tǒng)，檢查電源。重新開機(jī)后機(jī)床能進(jìn)入到機(jī)床操作界面，但伺服系統(tǒng)不能得電，不出現(xiàn)任何報(bào)警提示。通過啟動(dòng)系統(tǒng)自診斷發(fā)現(xiàn)很多硬件沒有通過，結(jié)果如表1所示。

表1 系統(tǒng)啟動(dòng)硬件自診斷

從診斷信息可知:系統(tǒng)無法識(shí)別橋接板RT接口、橋接板上的所有插件板以及實(shí)時(shí)處理器PC主板等硬件，而測(cè)試計(jì)算機(jī)輸出電壓正常，因此當(dāng)時(shí)不懷疑電源有故障。出現(xiàn)該報(bào)警后，將所有的插接板拆下對(duì)其連接件的金手指清洗、去氧化膜、檢查各硬件連接板元器件無異常后安裝回原位后機(jī)床正常，因此總認(rèn)為是系統(tǒng)硬件連接故障。

但是從最后一次維修可以排除硬件連接故障，故障原因應(yīng)該出現(xiàn)在電源上。以前出現(xiàn)8004E報(bào)警(電源錯(cuò)誤)后，靜態(tài)測(cè)量開關(guān)電源輸出電壓正常，但是沒有動(dòng)態(tài)監(jiān)視機(jī)床運(yùn)行過程中電源的變化。原開關(guān)電源為老式的AT電源，功率230 W，經(jīng)過10多年的使用，電器元件可能發(fā)生質(zhì)變(就是元器件的技術(shù)參數(shù)與要求相差太遠(yuǎn)，如電阻值增大、電容器容量變小、爆裂，三極管的β值變小、穿透電流變大、反向電阻變小、溫度特性變壞等)，這種元器件質(zhì)變引起電源輸出電壓、功率的瞬間不足造成供電電流產(chǎn)生瞬態(tài)突變，從而影響總線、CPU、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器件和其他數(shù)字邏輯電路在運(yùn)行中的邏輯狀態(tài)的高速轉(zhuǎn)換，因此有時(shí)開機(jī)時(shí)開關(guān)電源供電電流產(chǎn)生的瞬態(tài)突變影響系統(tǒng)的通訊暢通，從而出現(xiàn)找不到硬件情況的現(xiàn)象。硬盤內(nèi)是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的磁頭和類似光碟的元件構(gòu)成，供電電流產(chǎn)生瞬態(tài)突變會(huì)使高速運(yùn)轉(zhuǎn)的磁頭突然減速，容易損傷磁頭和內(nèi)部的磁盤表面，長(zhǎng)時(shí)間的供電不足就會(huì)造成存放系統(tǒng)文件的物理扇區(qū)損壞，從而引起系統(tǒng)文件的丟失，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。由于電源故障引起的機(jī)床系列故障一直沒有被發(fā)現(xiàn)，使得電源供電質(zhì)量日趨下降，直到最后機(jī)床啟動(dòng)緩慢的故障出現(xiàn)，才使電源的故障暴露，可見電源引起的故障具有很大的隱蔽性。

通過這例電源故障分析可知，開關(guān)電源的好壞直接關(guān)系著機(jī)床的穩(wěn)定運(yùn)行。開關(guān)電源為機(jī)床計(jì)算機(jī)提供能源，如果把電流比作血液，那么開關(guān)電源就是計(jì)算機(jī)的心臟。因此選配機(jī)床開關(guān)電源時(shí)一定要選擇功率較大的優(yōu)質(zhì)電源。平時(shí)對(duì)電源的硬件維護(hù)要注意防塵、防潮，以免灰塵影響電源元器件的熱量散發(fā)，潮氣引起元器件絕緣度下降。

5 結(jié)語

機(jī)床開關(guān)電源出現(xiàn)故障時(shí)表現(xiàn)形式多種多樣:系統(tǒng)找不到硬件;硬盤使用一段時(shí)間后出現(xiàn)壞道，硬盤出現(xiàn)物理扇區(qū)損壞而丟失文件;系統(tǒng)啟動(dòng)慢等。這些故障原因都是開關(guān)電源輸出電壓偏低，電流不穩(wěn)定等故障造成。而機(jī)床出現(xiàn)這些故障時(shí)，我們往往只注重主板、內(nèi)存、CPU這些關(guān)鍵件的質(zhì)量及接插件的連接問題，恰恰忽視了看似簡(jiǎn)單的電源。電源帶來的故障一般比較隱蔽，容易被錯(cuò)誤判斷。因此凡是使用開關(guān)電源的機(jī)床，在平時(shí)使用過程中應(yīng)多監(jiān)測(cè)電源輸出變化，當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時(shí)要及時(shí)更換，否則日趨下降的的電源質(zhì)量會(huì)影響機(jī)床整體工作的穩(wěn)定性。

［1］廖明，廖芳.硬盤常見故障的分析及數(shù)據(jù)保護(hù)方法的探討［J］.計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)，2007(6).

［2］梁毅，王志鵬，劉盛.一例加工中心軟件故障分析與排除［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2010(10):116－117.