FANUC 401#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 correct locations. 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 for driving the magnetic contactor is not supplied.→Check the voltage across the both ends of the coil 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 between pins 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 LINK 300V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。

第4步 然后规整布置，画出布局合理、符号、代号、标号正确的测绘图。