设备中伺服系统的故障有哪些？该如何解决？

高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。

伺服系统故障多种多样，通常涉及伺服电机、驱动器（放大器）、反馈装置（如编码器、旋转变压器）、机械传动部件以及控制信号等环节。以下是常见的故障现象、可能原因及解决方法：

一、常见故障现象及可能原因

电机完全不转动：
- 可能原因：
  - 供电电源故障（缺相、电压过低/过高、断路器跳闸、保险丝熔断）。
  - 驱动器未使能（使能信号未接通或接线错误）。
  - 驱动器和电机之间的动力线缆未连接、接触不良或断线。
  - 驱动器损坏。
  - 电机本身损坏（如绕组烧毁、轴承抱死）。
  - 急停或安全回路被触发。
  - 控制器无速度/转矩指令输出或接线错误。
- 解决方法：
  - 检查输入电源电压、断路器、保险丝，确保正常。
  - 检查使能信号线（通常为 24VDC）是否接通（用万用表测量），确认接线正确。
  - 检查动力线缆连接是否牢固，测量三相绕组是否有断路（平衡电阻）。
  - 更换或修复动力线缆。
  - 通过替换法（如有备件）或专业检测判断驱动器或电机是否损坏。
  - 检查急停按钮、安全门锁等状态，复位安全回路。
  - 检查控制器是否有指令输出，检查指令信号线连接。
电机转动但运动异常（达不到设定速度/转矩、抖动、爬行）：
- 可能原因：
  - 驱动器增益参数（比例增益、积分增益、速度增益等）设置不当。
  - 负载过大或负载突变（如卡住）。
  - 电机与负载连接问题（如联轴器松动或损坏、键松动、减速机故障）。
  - 机械传动部件磨损、卡滞、缺乏润滑或刚性不足引起振动。
  - 反馈信号异常（编码器电缆松动、损坏、干扰；编码器本身故障或安装松动；信号线屏蔽层未接地）。
  - 驱动器输入信号受到强电磁干扰。
  - 驱动器或电机轻微损坏（如IGBT模块性能下降、电机轻微短路）。
  - 位置跟随误差超限报警阈值设置过小。
- 解决方法：
  - 检查驱动器参数（特别是增益和滤波器参数），尝试重新进行惯量辨识或使用自动调谐功能（若有）。
  - 检查负载状况，排除机械卡滞点，确认负载在电机和减速机的额定范围内。
  - 检查联轴器、键、减速机等传动部件的连接和状态，紧固松动部位，更换损坏件。
  - 检查机械导轨、丝杠、轴承的润滑、磨损和运行顺畅度。
  - 仔细检查反馈电缆连接： 插头是否插紧？有无挤压破损？屏蔽层是否良好接地（单端接驱动器侧）？更换电缆测试。检查编码器固定是否牢固。
  - 检查驱动器输入信号线（模拟量指令、脉冲指令等），使用屏蔽线并确保良好接地（单端接地），远离动力线。
  - 检查驱动器状态指示灯和监控参数，观察是否有异常电流或报警记录。必要时更换驱动器或电机测试。
  - 适当调大位置/速度跟随误差允许范围（需谨慎，可能导致性能下降，应优先解决根本问题）。
电机过热（驱动器或电机）：
- 可能原因：
  - 驱动器或电机过载运行（长时间超出额定转矩/电流）。
  - 环境温度过高或散热条件差（冷却风扇故障、风道堵塞）。
  - 驱动器通风散热不良。
  - 电机轴承损坏、缺油导致摩擦增大。
  - 驱动器与电机功率不匹配（驱动器功率过小或电机功率过大）。
  - 驱动器的电流环参数设置不当。
  - 电机内部轻微短路（相间、匝间）。
- 解决方法：
  - 检查负载是否超出额定值，优化工艺或更换更大功率的电机/驱动器。
  - 改善设备周围通风，清洁散热器/风道，更换损坏的冷却风扇。
  - 确保驱动器周围有足够空间散热。
  - 检查电机轴承运行声音和温度，必要时停机检查并更换轴承或加注润滑脂。
  - 确认电机和驱动器的额定功率/电流匹配。
  - 检查并优化驱动器参数（如电机保护电流限制设置）。
  - 测量电机绕组电阻和绝缘电阻（尤其对地绝缘），判断是否短路。
驱动器报过流（OVERCURRENT）、过压（OVER VOLTAGE）、欠压（UNDER VOLTAGE）等保护性报警：
- 可能原因：
  - 过流： 电机堵转、机械卡死、电机内部短路、驱动器IGBT模块损坏、驱动器输出短路（线间或对地）。
  - 过压： 负载惯性大，减速时再生能量过大，且制动电阻未动作或容量不够（或未接）；输入电源电压过高。
  - 欠压： 输入电源电压过低或瞬时中断；电源容量不足；大负载启动瞬间压降过大。
- 解决方法：
  - 过流： 排查机械卡滞；检查电机绕组及对地绝缘；测量动力线缆绝缘（有无短路）；如驱动器频繁报过流且能排除以上原因，则驱动器硬件损坏可能性大。
  - 过压： 检查制动电阻及其控制线路（接触器/继电器）是否正常连接和工作；确认制动电阻功率和阻值选择合适；优化减速曲线（延长减速时间或采用S曲线）；检查电网电压是否稳定偏高。
  - 欠压： 检查输入电源电压是否在额定范围内；检查电源接线是否牢固（接触不良导致压降）；考虑增加供电线路容量或使用稳压器。
驱动器报编码器相关错误（如 ENC ERROR）：
- 可能原因：
  - 编码器电缆接触不良、断线或短路。
  - 编码器本体物理损坏（磕碰、轴承受损）。
  - 编码器插头进水或油污导致短路。
  - 编码器供电电压异常或不稳。
  - 强电磁干扰导致信号异常。
  - 驱动器内部的编码器处理电路故障。
- 解决方法：
  - 仔细检查并重新插拔编码器电缆接头（两端：驱动器和电机侧）。
  - 更换编码器电缆测试。
  - 检查编码器供电电压（如5V, 12-24V DC）是否正常、稳定。
  - 检查编码器屏蔽层是否良好接地（单端接地）。
  - 如电缆和供电均正常，尝试更换编码器或驱动器测试。

二、通用排查和解决方法步骤

安全第一： 任何操作前务必切断主电源，并确保系统内无残余高压（等待驱动器内部电容放电完毕）。
详细观察并记录故障现象和报警代码：
- 电机是否完全不转？是否转动异常（声音、速度、抖动）？
- 驱动器指示灯/显示屏状态如何？显示的报警代码是什么？
- 故障发生时设备在做什么动作？负载情况如何？
- 故障是首次发生还是频繁出现？是否有规律性？
检查最基础的连接：
- 主电源输入连接（端子排、空开、保险丝）。
- 电机动力线连接（U, V, W, PE）。
- 编码器电缆连接。
- 控制信号线连接（使能、脉冲方向、模拟量指令等）。
- 检查所有接线端子是否紧固无松动氧化。
检查物理状态：
- 手动转动电机轴（断电状态下），是否有明显卡滞或异响？
- 检查机械传动部分（联轴器、丝杠、导轨、减速机）是否顺畅、无卡死、松动或明显磨损。
- 散热风扇（电机和驱动器上）是否正常运转？散热器是否积尘严重？
初步电气测量（必要时）：
- 测量输入电源电压（三相电压是否平衡、在额定范围内）。
- 测量驱动器和电机的动力端子间电阻（应平衡）及对地绝缘电阻（应足够大）。
- 测量使能信号电压是否到位（24V DC是否接通）。
- 测量编码器供电电压是否正常。
检查参数设置：
- 核对驱动器参数（特别是电机型号代码、额定电流、电压、编码器类型、增益参数）是否设置正确。与备份或手册对比。
- 注意：某些故障可能是参数被意外修改导致。
检查控制信号（示波器或万用表）：
- 确认上位控制器是否正常发出指令信号（脉冲串或模拟量电压）。
考虑环境因素：
- 工作环境温度、湿度是否超标？
- 是否有强油污、粉尘、腐蚀性气体？
- 是否存在强烈的电磁干扰源？动力线和信号线是否隔离布线？信号线屏蔽层是否良好接地？
利用诊断功能：
- 现代伺服驱动器通常有丰富的状态监视功能（监控电流、速度、位置误差、温度等）。连接调试软件实时监控运行数据，观察异常点。
替换测试：
- 如果可能，使用已知良好的部件进行替换测试（如更换电机、驱动器、编码器电缆、编码器、制动电阻），是最快定位故障点的方法。
参考手册和寻求技术支持：
- 仔细查阅伺服电机和驱动器的使用手册、故障代码说明和维护指南。
- 当以上步骤无法解决问题或需要专业设备检测时，及时联系设备制造商或专业的伺服维修服务商。

三、预防性维护建议

定期检查： 检查连接紧固度、散热器灰尘、风扇状态、电缆是否有损伤（尤其是活动区域的弯曲部分）、机械部件润滑和磨损情况。
定期清洁： 特别是散热通道。
环境控制： 保持设备工作在适宜的温度、湿度范围，减少粉尘油污污染，避免震动和冲击。
电气防护： 确保良好接地（动力地和信号地分开处理），优化布线（动力线与信号线隔离走线，使用屏蔽线且单端接地），在干扰大的环境中可考虑加装电抗器或滤波器。
参数备份： 妥善保存驱动器正常运行的参数设置备份。
备品备件： 对于关键设备或易损件（如风扇、制动电阻），准备适量的备件。

总结： 伺服系统故障诊断是一个系统性的过程，需要综合考虑电气、机械、控制、环境等多方面因素。从简单到复杂，从外部到内部，通过仔细的观察、测量、参数检查和逐步排除，通常能够定位并解决大部分问题。对于硬件损坏或复杂的电磁干扰问题，可能需要专业的工具和知识来解决。安全、仔细、遵循步骤是成功诊断的关键。