PLC在數(shù)控機(jī)床故障診斷中的應(yīng)用

韓全立，劉嬡嬡

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，南陽(yáng) 473009）

0 引言

當(dāng)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)PLC方面的故障時(shí)，一般有三種表現(xiàn)形式：CNC故障報(bào)警；有CNC故障顯示，但不反映故障的真正原因；沒有任何提示。對(duì)于后兩種情況，根據(jù)PLC的梯形圖和輸入、輸出狀態(tài)信息來分析和判斷故障的原因，這種方法是解決數(shù)控機(jī)床外圍故障的基本方法。本文總結(jié)了一些行之有效的數(shù)控機(jī)床PLC故障診斷方法。

1 數(shù)控機(jī)床PLC故障的表現(xiàn)形式

1.1 根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的顯示情況分為三種

1.1.1 故障報(bào)警可直接找到故障原因

這種根據(jù)報(bào)警信息直接查找到故障的數(shù)控機(jī)床，要求CNC有非常完善的檢測(cè)功能，CNC與PLC之間的通信功能非常強(qiáng)大，因此系統(tǒng)軟件和硬件系統(tǒng)非復(fù)雜，當(dāng)然機(jī)床的造價(jià)較高。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)功能不斷完善，特別是自診斷技術(shù)的發(fā)展，越來越多的數(shù)控機(jī)床具有這種故障診斷報(bào)警功能，對(duì)數(shù)控維修人員來說，機(jī)床的故障診斷與維修變得越來越簡(jiǎn)單。

1.1.2 有CNC故障顯示但不反映故障的真正原因

一般數(shù)控機(jī)床的故障診斷功能不很完善，當(dāng)出現(xiàn)故障，CNC報(bào)警信息只能大概指出故障部位，有時(shí)CNC報(bào)警信息顯示的內(nèi)容與報(bào)警部位毫無關(guān)系，可能誤導(dǎo)維修人員，這時(shí)維修人員需要根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)控機(jī)床的具體情況綜合分析判斷，才能找出故障的真正原因。

1.1.3 出現(xiàn)故障沒有任何顯示

因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)沒有該故障方面的檢測(cè)，CNC沒有任何提示顯示，維修人員不知道從何下手，只能根據(jù)數(shù)控機(jī)床的具體故障現(xiàn)象，綜合理論分析判斷。當(dāng)涉及線路板維修時(shí)，由于沒有技術(shù)圖紙，有時(shí)需要自己繪制草圖，維修難度較大。

例如經(jīng)濟(jì)性數(shù)控機(jī)床電動(dòng)控制刀架，在自動(dòng)換刀時(shí)出現(xiàn)故障，就要根據(jù)系統(tǒng)檢測(cè)功能強(qiáng)弱，以及CNC顯示的報(bào)警情況，對(duì)上述三種故障表現(xiàn)形式分別進(jìn)行分析。

數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令，刀架電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)執(zhí)行換刀動(dòng)作。若數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)有相應(yīng)的檢測(cè)軟件，外圍有相應(yīng)的檢測(cè)硬件，既檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)情況，又檢測(cè)刀架到位信號(hào)及應(yīng)答信號(hào)。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)報(bào)警顯示，并指出是哪一個(gè)器件出現(xiàn)問題。這樣根據(jù)CNC故障報(bào)警信息便可直接找到發(fā)生故障的器件。

若數(shù)控系統(tǒng)僅檢測(cè)刀架應(yīng)答信號(hào)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)僅能指出是電動(dòng)刀架出現(xiàn)問題，不能報(bào)警指出具體發(fā)生故障的器件，這就需要維修人員繼續(xù)排查。

若數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令，經(jīng)過一段時(shí)間延時(shí)后，不再檢測(cè)刀架應(yīng)答信號(hào)而執(zhí)行后面的程序。如果此時(shí)刀架旋轉(zhuǎn)不到位，而數(shù)控系統(tǒng)又沒有任何提示，就有可能出現(xiàn)重大事故。因此操作人員一定要注意緊急停車。

1.2 根據(jù)PLC輸入/輸出信號(hào)分為兩種

1.2.1 輸入信號(hào)故障

PLC主要完成順序控制，當(dāng)沒有信號(hào)輸入，邏輯條件不滿足，PLC就不能執(zhí)行下一個(gè)動(dòng)作。一般出現(xiàn)故障時(shí)，輸入信號(hào)只有一個(gè)條件不滿足，同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)條件不滿足可能想較小。這時(shí)可根據(jù)梯形圖分析輸入信號(hào)無效的原因，進(jìn)行故障的進(jìn)一步分析，直到找到故障產(chǎn)生的原因。

1.2.2 輸出信號(hào)故障

輸出信號(hào)方面主要是控制元件或執(zhí)行元件故障，一般情況經(jīng)常出現(xiàn)有機(jī)械動(dòng)作的零件損壞，如接觸器觸頭機(jī)構(gòu)不靈活導(dǎo)致觸點(diǎn)接觸不良，電磁閥體內(nèi)有異物導(dǎo)致閥芯堵塞，機(jī)械磨損導(dǎo)致阻力增加，傳動(dòng)器件移動(dòng)不到位等。若執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障，造成順序控制的下一個(gè)動(dòng)作輸入條件不能滿足，順序控制就不能正常進(jìn)行。

2 數(shù)控機(jī)床PLC故障診斷方法

常用的PLC故障診斷方法有以下幾種：

2.1 根據(jù)報(bào)警號(hào)診斷故障

現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)有豐富的自診斷功能，能在顯示器上顯示故障的報(bào)警信息，為維修人員提供機(jī)床的各種狀態(tài)信息，充分利用這些狀態(tài)信息，能夠迅速排除故障。

2.2 根據(jù)控制對(duì)象的工作原理診斷故障

數(shù)控機(jī)床的PLC程序是按照控制對(duì)象的工作原理設(shè)計(jì)的，通過對(duì)控制對(duì)象工作原理的分析，結(jié)合PLC的I/O狀態(tài)是診斷故障很有效的方法。

2.3 通過PLC梯形圖診斷故障

根據(jù)PLC的梯形圖來分析和診斷故障是解決數(shù)控機(jī)床外圍設(shè)備的基本方法。如果采用這種方法診斷機(jī)床故障，首先應(yīng)該查清機(jī)床的工作原理、動(dòng)作順序和聯(lián)鎖關(guān)系，然后利用CNC系統(tǒng)的自診斷功能或通過機(jī)外編程器，根據(jù)PLC梯形圖查看相關(guān)的輸入、輸出及標(biāo)志位的狀態(tài)，以確定故障原因。

2.4 動(dòng)態(tài)跟蹤梯形圖診斷故障

有些PLC發(fā)生故障時(shí)，查看輸入輸出及標(biāo)志狀態(tài)均為正常，此時(shí)必須通過PLC動(dòng)態(tài)跟蹤，實(shí)時(shí)跟蹤輸入輸出標(biāo)志狀態(tài)的瞬間變化。根據(jù)PLC動(dòng)作原理作出診斷。

2.5 根據(jù)動(dòng)作順序診斷故障

數(shù)控機(jī)床上刀具及托盤等裝置的自動(dòng)交換動(dòng)作，都是按一定順序來完成的。因此，觀察機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)過程，比較故障和正常時(shí)的情況，就可發(fā)現(xiàn)疑點(diǎn)，診斷出故障原因。

2.6 根據(jù)PLC的I/O狀態(tài)診斷

在數(shù)控機(jī)床中，輸入輸出信號(hào)的傳遞，一般要通過PLC的I/O接口來實(shí)現(xiàn)，因此一些故障會(huì)在PLC的I/O接口通道上反映出來。數(shù)控機(jī)床的這個(gè)特點(diǎn)為故障診斷提供了方便。如果不是數(shù)控系統(tǒng)硬件故障，可以不必查看梯形圖和有關(guān)電路圖，通過查詢PLC的I/O接口狀態(tài)，找出故障原因。

綜上所述，PLC故障診斷的要點(diǎn)是：

1）要了解數(shù)控機(jī)床各部分檢測(cè)開關(guān)的安裝位置。如數(shù)控車床的旋轉(zhuǎn)刀架和尾架、接近開關(guān)、加工中心的機(jī)械手和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等，要清楚檢測(cè)開關(guān)作為PLC輸入信號(hào)的標(biāo)志。

2）要了解各種條件標(biāo)志。如夾緊、放松、啟動(dòng)、停止等標(biāo)志信號(hào)。借助編程器跟蹤梯形圖的動(dòng)態(tài)變化，分析故障的原因，根據(jù)機(jī)床的工作原理作出正確的診斷。

3）要了解執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序。如液壓缸、氣壓缸的電磁換向閥等，要清楚對(duì)應(yīng)的PLC輸出信號(hào)標(biāo)志。

[1] 龔仲華.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修500例[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[2] 夏慶觀.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修[M].高等教育出版社,2002.

[3] 榮維芝.數(shù)控原理與維修技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[4] 彭躍湘.數(shù)控機(jī)床故障診斷及維護(hù)[M].清華大學(xué)出版社,2006.