維修后的伺服器如果做帶馬達測試，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維修測試伺服器的模擬測試技術，希望對大家在維修閉環(huán)控制的驅動器時有所啟發(fā)和幫助。

一、什么是驅動呢？
驅動就是變頻器和伺服器的總稱，也包括運動控制器。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。比如注塑機上的驅動變頻器，實質上也是變頻器，同樣也采用閉環(huán)控制方式。很多進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)設備三大板塊：控制、通訊和驅動。三大板塊又是相互關聯(lián)的，配合的。在實際維修中，驅動是出故障最多的一個板塊。顧名思義，驅動，就是驅動馬達的，馬達雖然種類繁多，什么交流馬達、直流馬達、伺服馬達、同步馬達、線性馬達等等。但馬達的作用，就是把電力轉換為動力的載體。電動機這東西原理其實沒那么簡單，要運動起來很容易，要停下來，斷電就行！但要讓它精確的起動和停止，就比較復雜了，除了電機本身的性能指標，就必須要用驅動器控制。

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)的場合去應用。伺服器一般需要匹配專用電機，必須閉環(huán)控制(測速反饋無法屏蔽)。這就引出一個問題：沒有電機配對，第一時間就反饋報警，讓維修變得十分棘手，更無法進行運動測試！運動控制器更麻煩，很多都走了通訊，有的連數(shù)字控制端口都沒有(比如kuka機械臂驅動器)??！單臺運動控制器維修，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)控制的驅動器維修，或要有配套的電機，或要修改參數(shù)
先說配套的電機，像大功率的驅動設備，不可能拿電機給你匹配測試；修改參數(shù)，風險同樣存在，有些品牌的控制器，用戶程序邏輯關聯(lián)復雜，明明只改動一個參數(shù)，后臺就把所有的關聯(lián)參數(shù)，給默認變動了，造成原數(shù)據(jù)無法恢復。

2、自己匹配各種電機
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)實了。那么，在維修閉環(huán)控制的驅動器方面，就沒有別的辦法了么？當然有辦法，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，反轉，加速，停止一應俱全，通道問題一覽無余。缺點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)，不是實際帶載。但根據(jù)昌暉儀表的經(jīng)驗，通過模擬測試的方法，成功率95%+應該有了。

圖2 德國力士樂伺服控制器

二、驅動器維修的故障判斷與測試技術
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，海天注塑機上的伺服驅動器，用的是德國keb科比的F5系列變頻控制器。Keb作為注塑驅動的老大哥，產(chǎn)品不止在中國幾大知名注塑設備上可見，在世界上很多注塑機品牌也用的是keb的產(chǎn)品。但keb有一個毛病，就是用戶參數(shù)邏輯性太強，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)，背后互相關聯(lián)的參數(shù)自動修改一大堆！作為沒有經(jīng)驗的維修人員，當你喜滋滋的采用開環(huán)試機后，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后掉數(shù)據(jù)的案例，其實不止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，那證明有些學費還沒交夠。

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問題，立竿見影。用模擬測試儀判斷編碼器斷線，又準又快。
 
1、模擬測試的優(yōu)缺點
優(yōu)點：可以盡量不改動驅動器用戶參數(shù)試機，讓變頻伺服器真正的有頻率和電壓輸出。如果是運動控制器，只要用了數(shù)字啟動端口就可以做測試。缺點：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，因此無法測試動態(tài)電流。但這就夠了，畢竟報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。

2、需要準確對接控制器的反饋方式
縱觀市場上采用閉環(huán)控制的進口驅動器，大體可以分為兩大類，解析器(旋轉變壓器)和編碼器。歐洲品牌對旋變的運算解碼技術成熟，喜歡默認旋變。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標準頭，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警：是馬達的故障還是伺服器的故障？是編碼器斷線還是過負荷造成？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，相互調換……
 
三、把驅動器的維修簡單化
嚴格來說，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。一些技術實力強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，實操經(jīng)驗，PCB板件測繪，邏輯分析等軟實力，維修測試同樣非常重要。昌暉儀表把模擬測試方法用設備的方式做出來，目標，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)過一定的轉換，實測都能匹配。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。帶轉速調整和正反轉換向功能
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。帶轉速調整和正反轉換向功能。
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，可以作為驅動脈沖給定轉速。
6、編碼器斷線檢測功能?，F(xiàn)場很多編碼器走線復雜，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)，連接假負載，然后切換到缺相檢測功能，可以準確出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
假負載：可以假負載輸出，判斷缺相，關機自動放電等功能

用途和實例
例1：一臺海天注塑機油壓伺服無法啟動，但無法確定是馬達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將馬達線卸下，連上假負載(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換外部/內部啟動模式，拔動啟動開關，加速解析器，變頻伺服器如果正常，就應該有輸出，燈泡隨輸出頻率點亮。

例2：一臺lenze9324ep定位伺服器，輸出報警反饋故障。倫茨在紡織，機械行業(yè)的運用廣泛，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，默認解析器反饋。將x7口連接編碼器線，對應測試儀的DB9針插口。將數(shù)字端口對應x5的數(shù)字端口。設啟動電源為外部供電，測試儀數(shù)據(jù)線自編程對應e4，啟動對應28，gnd對應59。加載解析器，伺服器有輸出燈泡點亮。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)分應用功能的品牌。要說電源問題其實很簡單，但用戶擔心掉數(shù)據(jù)，說以前修過了數(shù)據(jù)就弄丟了，造成裝機無法使用。本來問題不復雜，但客戶這樣一說，昌暉儀表也不打算帶電機了，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，默認接口是DB15針，找出對應的編碼器線(這時要注意編碼器供電電壓，插在測試儀對應的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  報警功能，在啟動，確認無告警。加速編碼器速度，伺服器輸出頻率電壓，假負載燈泡點亮。

將速度定位到1500prm，運行一個小時，發(fā)給客戶，裝機完全正常。
現(xiàn)場測試實例

四、后記
模擬測試儀的開發(fā)，其實比較偶然，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動維修，就好像是賭運氣的維修，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支援，和圈內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。就是走通訊的運動控制器，同樣也可以拆分出來測試。昌暉儀表認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。