利用PLC界面和梯形圖進行故障判斷

孫先立

在數控機床中，除了對各坐標軸的位置進行連續控制外，還需要對主軸正反轉、進給運動啟停、刀庫及換刀機械手控制，工件夾緊松開、工作臺交換臺，冷卻、潤滑等輔助動作進行順序控制。順序控制的信息主要是通過輸入/輸出（I/O）控制，如控制、行程、壓力和溫度開關等輸入元件，繼電器、接觸器和電磁閥等輸出元件的控制。還包括主軸驅動、進給伺服驅動的使能控制和機床報警處理等。數控機床采用可編程邏輯控制器（PLC）來完成上述功能，輸入/輸出故障是數控機床運動過程中最常見聞見的故障。PLC方面故障，一般有三種表現形式：①故障可通過CNC報警直接找出故障原因；②故障雖有CNC報警顯示，但引起故障的原因較多，難以找出真正的原因；③故障沒有任何顯示。對于后兩種情況，可以利用數控系統的自診斷功能，根據PLC梯形圖和輸入、輸出I/O狀態信息分析和判斷故障的原因。

1.通過PLC查找故障的方法

（1）在PLC狀態中觀察所需的輸入開關量，或系統變量是否已正確輸入，若沒有，則檢查外圍電路。對于M、S、T指令，可以寫一個檢驗程序，以自動或單段的方式執行該程序，在執行的過程中觀察地址位。

（2）在PLC狀態中觀察所輸出開關量是否正確輸出，若沒有，則檢查CNC側，分析是否有故障。

（3）檢查由輸出開關量直接控制的電氣開關工業區繼電器是否動作，若沒有動作，則檢查連線或元件。

（4）檢查執行元件，包括主軸電機、步進電機、伺服電機。

（5）觀察PLC動態梯形圖，結合系統的工作原理，查找故障點。

2.通過PLC查找故障的實例

（1）通過PLC界面，查找系統報警的故障點。在數控機床中，輸入、輸出信號的傳遞，一般都要通過PLC的I/O接口來實現，因此，許多故障都會在PLC的接口通道上反映出來，數控機床的這種特點為故障診斷提供了方便，只要不是數控系統硬件故障，可以不必查看梯形圖和有關電路圖，直接通過查詢PLC接口狀態，尋找故障原因。根據廠家提供的輸入、輸出信號一覽表，獲得有關控制對象PLC I/O接口的通常狀態，從而判斷出故障狀態。

例1 XH716加工中心，采用FANUC-0M系統。在執行換刀指令時，出現機械手旋轉180°時卡刀現象，造成換刀程序無法進行。

分析處理：根據故障現象，可診斷故障發生在換刀裝置中，由于相應的位置檢測開關無信號送至PLC的接口，從而導致機床中斷換刀。該加工中心采用臺灣吉輔生產的圓盤式刀庫，凸輪換刀機構，在機構上端有三個接近開關，分別對機械手的位置進行檢測，倒刀氣缸的位置由兩個磁簧開關檢測。造成開關無信號輸出的原因有：①由于液壓或機械上的原因造成動作不到位而使開關得不到感應；②感應開關失靈。首先檢查倒刀氣缸上的磁簧開關，通過診斷顯示開關正常，又檢查刀臂接近開關，正常情況下在180°位置應該是中間和下方兩個開關信號為1，而且中間有1s的停頓，然后換刀電機再旋轉進行裝刀，該電機帶有剎車線圈，分析可能是電機剎車不良，造成機械手旋轉位置有所錯位使接近開關檢測不到信號。于是打開換刀電機防護蓋，檢查剎車線圈，用萬用表測量剎車線圈阻值正常，整流二極管也正常（該線圈電壓為90V，通過220V電壓半波整流獲取），拆下電機，進行加電試驗，發現電機停電時剎車太慢，拆下剎車線圈，檢查剎車片，剎車片已磨損嚴重，所以剎車時抱不緊電機，造成機械不到位。換上新的剎車片再進行開機試驗，再無機械手卡刀現象。

例2 TH5680加工中心，采用SIEMENES840D系統。由低速向高速切換時，主軸伺服電機不轉。

分析處理：故障發生時無報警，根據故障現象判斷可能是主軸由低擋向高擋切換時，高擋位檢測開關不到位，造成主軸電機不轉。主軸高低擋切換是由一個三位四通電磁閥進行控制，擋位是由兩個接近開關檢測。如果某擋位的開關不到位，則不能進行該擋位的轉速運行。調出診斷畫面，在進行擋位切換時，觀察PLC輸入、輸出信號正常，檢查電磁閥動作也正常，說明電氣部分是好的，故打開主軸箱，發現主軸一雙聯齒輪位置下移，造成換擋時齒輪掛不上，使擋位開關檢測不到位，主軸無法旋轉，檢查發現，是聯接齒輪的平鍵脫落，所以雙聯齒輪下移，造成了主軸無法旋轉的現象，修復平鍵后進行換擋操作，主軸伺服電機旋轉正常。

（2）結合梯形圖，分析故障原因。

例1 NC800臥式加工中心，采用FANUC-0iM系統。主軸定向后，ATC無定向指示，機械手無換刀動作。

分析處理：故障發生后，機床無任何報警，除機械手不能正常工作外，機床各部分工作都正常，根據故障現象，認為是主軸定向完成信號未送到PMC，致使PMC中沒有得到換刀指令。在PLC梯形圖上，刀具交換的條件是機械手處于水平位置及主軸定向銷插入。該主軸定向由兩個方面來控制：①根據參數設置的

定向角度在執行M19時，靠編碼器反饋信號使主軸停在設定的角度上，②由電磁閥控制的定向銷插入到正確的位置，通過接近開關檢測，只有當定向插入信號為1時，主軸才能進行換刀。首先，檢查機械手是否處于水平狀態，通過查找梯形圖，水平檢測開關信號正常，查定向銷插入輸出信號正常，然后檢查插銷電磁閥，用萬用表測量有24V電壓，電磁閥也已吸合，但插銷桿無動作，懷疑是電磁閥閥芯堵塞，停電拆下電磁閥檢查，發現電磁閥閥芯卡死，所以在執行定向命令時，電磁閥吸合，但閥桿不動，造成定向插入信號檢測不到，無法進行換刀。將電磁閥內部清理干凈裝上，開機進行換刀，再無此現象發生。

W10.01-17