FANUC401#报警是怎么回事？
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FANUC401#报警是怎么回事？
⽂/汤彩萍
说到FANUC系统上的401#伺服报警，你⾸先要了解的是：该报警与数字伺服软件⽆关，⽽只与伺服放⼤器的电源供给有关。401#报警含义是VRDY OFF（伺服准备好信号⽆），报警的结果就是伺服放⼤器主电源被切断。
那么今天就来详细地学习伺服上电（servo powerup）的控制过程，以此了解产⽣401#报警的原因、排除⽅法。
伺服放⼤器直接掌管机械动作，机床发⽣紧急情况时，应当迅速切断伺服放⼤器的电能输出，因此，伺服上电可不像开⼀盏电灯这么简单。FANUC产品的伺服上电是指主接触器接通（Main Contactor Control，MCC）、使主电源端⼦有电（main power）的过程。
伺服三相电源配置
FANUC 0i Mate-C/D配置的伺服放⼤器有三相AC380V和三相AC200V两种型式。在我国，由于电⽹电压在有些地区的变化还⽐较⼤，为了保证系统可靠⼯作，采⽤带电源变压器的输⼊，起到隔离作⽤。
⽐如，βi SVSP伺服放⼤器采⽤三相交流200V~240V电源，波动范围为-15%~+10%（即170V~264V），因此必须使⽤三相变压器。变压器输出电压经过断路器的保护、接触器的控制、电抗器的限流，送⼊βi SVSP的TB1端⼦，如图1所⽰。
图1 FANUC伺服放⼤器主电源输⼊组件
各组件作⽤阐述如下：
变压器（transformer）：当使⽤200V型式的伺服电动机和主轴电动机时，电源的进线需要使⽤变压器。由于变压器的隔离作⽤，在⼀定程度上提⾼了抗⼲扰能⼒。
断路器（circuit breaker）：除正常接通和断开主电路电源外，在过载、短路时⾃动跳闸（trip），切断主电路，对电路内的电⽓设备起保护作⽤。
接触器（magnetic contactor）：控制伺服放⼤器主回路的上电与下电，线圈需并联灭弧器（spark killer），以保护放⼤器内部触点。
交流电抗器（AC reactor）：抑制来⾃进线电源电⽹的谐波⼲扰，平滑电源电压中包含的尖峰脉冲（transients），改善伺服放⼤器的电源质量，保护回路中的敏感器件。
浪涌吸收器（surge absorber）：为了避免由于闪电或附近其他⽤电设备引起的浪涌电压造成⼲扰，应在进线处接浪涌吸收器。
另外，伺服放⼤器内部控制回路电源（control power）⽤DC24V，其纹波、瞬时中断要求与CNC电源相同，因此可与CNC电源共⽤，由βi SVSP的CXA2C端⼦输⼊。
伺服上电控制
伺服上电控制与急停状态密切相关，βi SVSP伺服放⼤器相关接⼝端⼦如图2所⽰。
① STATUS 1：状态指⽰灯（主轴）
② STATUS 2：状态指⽰灯（伺服）
③ CX3：主接触器（MCC）控制端⼦
④ CX4：急停（ESP）输⼊端⼦
⑤ CXA2C：控制电源输⼊端⼦
⑥ COP10B：伺服FSSB I/F端⼦图2 伺服上电过程各相关接⼝
伺服上电过程是这样的：1. 系统开机（CP1有电）⾃检后，CNC轴卡通过FSSB总线发出MCON（Main Contactor ON）信号给伺服放⼤器（COP10B端⼦），如图3所⽰；
图3 伺服上电时与CNC之间的信息交换2. 伺服放⼤器的断路器已合闸；
3. 如果没有急停（由CX4端⼦输⼊）和其他报警，且伺服放⼤器内部回路（控制电源由CXA2C端⼦输⼊）正常，则放⼤器内部触点（CX3端⼦）闭合，主接触器MCC线圈得电，主触点吸合，TB1有电；放⼤器上的状态指⽰灯（STATUS1）由两横杠（- -）变为00。同时伺服放⼤器返回应答信号VRDY（Velocity ReaDY）给CNC，完成伺服上电过程。
可知，CX3端⼦应接⼊MCC的线圈回路⾥，如图4所⽰。
图4 CX3端⼦与MCC线圈的连接
如果急停按钮按下（或伺服上电按钮没按下，视各机床设计），即只要系统处于急停（emergency stop，*ESP）状态（同时PMC接⼝信号G8.4=0），则⽆法完成送电过程，伺服放⼤器⾯板上相应故障指⽰灯为横杠“- -”。点击“阅读原⽂”，看“急停”词条。
因此，如果不能接通MCC，CNC系统在规定时间内没有接收到VRDY信号, 系统则发⽣报警401#VRDY OFF，同时断开各轴的MCON信号。
401#报警检查办法
发⽣401#报警（如图5所⽰），检查办法如下（本机中MCC线圈电压为AC100V）：（根据FANUC说明书原⽂）
（1）The system is still in an emergency stop status.→Check the connection. 检查系统急停信号是否异常，将CX4(*ESP)插头拔下，⽤万⽤表通断挡测量两端应短路。如果为开路，则为急停回路有故障。
（2）There is a connector problem.→Check that the connectors are attached to correctlocations. 检查各个插头是否接触不良，包括CNC主板与主回路的连接。（3）The power fordriving the magnetic contactor is not supplied.→Check the voltage across the both ends of thecoil of the magnetic contactor. 驱动MCC的电源是否接通，检查MCC线圈两端的电压。
（4）The relay for driving the magnetic contactor is defective.→Check that a circuit betweenpins CX3-1 and CX3-3 of connector is closed and opened. MCC驱动继电器CX3是否有效。
（5）The SVSP is defective.→Replace the defective SVSP. SVSP有故障。
图5 401#报警画⾯
可通过诊断参数DGN No. 358的bit5~bit14分析VRDY OFF报警原因，伺服放⼤器启动时这些位从bit5开始顺序变1，启动正常，则所有位都变1。每个诊断位的含义及关系如图6所⽰。#05(HRDY):Hardware preparation completed signal 伺服放⼤器硬件准备好
#06(*ESP):Emergency stop signal 伺服放⼤器的CX4急停信号输⼊状态
#07(MCONS):MCON signal (CNC) CNC上的MCON（主接触器接通）信号输出
#08(MCONA):MCON signal (amplifier) 伺服放⼤器上的MCON（主接触器接通）信号输⼊
#09(MCOFF):MCON signal (converter) CNC⾄伺服放⼤器整流器的MCOFF（主接触器断开）信号输出#10(CRDY):Converter preparation completed signal 伺服放⼤器整流器准备好信号（DC LINK300V启动）
#11(RLY):Relay signal (DB relay energized) 伺服放⼤器直流母线接通#12(INTL):Interlock signal (DB relay de-energized) 伺服放⼤器直流母线互锁
#13(DRDY):Amplifier preparation completed signal 伺服放⼤器准备好信号
#14(SRDY):System preparation completed signal 系统准备好信号（轴卡给系统）
图6 各诊断位含义及关系⽰意图
诊断号358是⽤⼀个10进制数表⽰⼀个16位的⼆进制数，所以在实际应⽤中需要换算成⼆进制。
对于MCC（CX3），⼀定不能接错，CX3的1脚、3脚之间只是⼀个内部触点，如果错接成200V，将会烧坏伺服电源板（Power Supply Module, PSM）。
急停按钮按下时，MCC即断开，此时所有的伺服电机都没有电源，不在励磁状态，垂直轴时就必须考虑制动锁紧的问题。
伺服上电设计案例：βi SVSP
某加⼯中⼼的伺服上电回路设计如图7所⽰，主要涉及伺服放⼤器上4个接⼝的连接：TB1、CX3、CX4、CXA2C。TB1与主回路相关，其余与控制回路相关。
图7 伺服上电回路⽰例
图中伺服上电回路元件作⽤阐述如下：
伺服变压器TC1：提供放⼤器三相交流200V主电源。
主断路器QF1：放⼤器主回路短路保护。
辅断路器QF2：为主轴风机（3~200V）等其他设备回路保护⽤。
主接触器（MCC）KM1：控制伺服上电。
电抗器L1：改善放⼤器电源质量。
浪涌吸收器F1：防⽌闪电雷击⼲扰破坏。
控制变压器TC2：为KM1提供100~110V的线圈电压。
灭弧器RC1：防⽌KM1线圈失电时产⽣的感应电动势（⾼达数百伏）烧坏CX3触点（为感性负载电流提供泄放通路）。
急停继电器KA1：急停输⼊信号。点击“阅读原⽂”，看“急停”词条。
伺服上电设计案例：βi SV
某数控车床系统实训台配置βi SV伺服放⼤器，原理同βi SVSP，不同的是接⼝号作如下更改：TB1→CZ7-1
CX3→CX29
CX4→CX30
CXA2C→CXA19B
注意：由于βi SV伺服放⼤器是单轴伺服模块，X轴和Z轴模块的CX29端⼦需串联起来。对于CX30，只需接X轴模块的该端⼦即可，Z轴模块的CX30端⼦⽆须连接。
最后，来看看安川公司的魅⼒⽼师Steve Koehler先⽣解释伺服系统上电的视频。他说，伺服上电分三个阶段：
1. 放⼤器本⾝的控制电源接通，与⼈机接⼝同时有电（control power）；
2. 放⼤器的⾼电压⾼电流电源接通（main power）；3. 给伺服电机通电源，电机励磁（servo enable）。
▲ 安川伺服上电
视频告诉我们，虽然各⼚家产品做法有所不同，但基本设计思路是⼀样的。所以，学通学精⼀种系统⾮常重要，这样搞其他系统都不在话下。
维修Tips
实际机床上发⽣401#报警时，伺服上电过程的1、2、3中的所有通路都可能是故障点，除了按本⽂中提到的办法检查外，还需根据机床电⽓原理图⼀点⼀点排查，重点是MCC和急停继电器。
1. 分别拔下CX3、CX4、CXA2C端⼦，看三种情况下CNC运⾏情况。
2. 测量CX3、CX4端⼦连接（⽤万⽤表电阻挡）。
3. 测绘伺服上电回路电⽓原理图。要求：
（1）电⽓元件图形符号、元件代号、导线标号正确
（2）包括主回路和控制回路
电⽓原理图测绘技巧：（汤⽼师推荐）
第1步 找出数控铣床实训台上，与SV上电回路有关的元件：1. TC1（标注规格）
2. QF4（标注规格）
3. QF9（标注规格）
4. KM1
5. RC1
6. KA10
7. TB1，CX3，CX4，CXA2C（βi SVSP上）
第2步 对照实物线号，理清各元件之间的逻辑控制关系。继电器的接线⽐较复杂，可查询⽂章“继电器上的这些脚，你可知道怎么接线？”中图5和图6。
第3步 测绘草图时可按图7的位置将以上元件摆好，然后⽤导线把它们连接起来。
