數控機床總線故障的診斷及處理

余 緯 田 軍 胡 秋

(中國工程物理研究院機械制造工藝研究所，四川綿陽 621900)

現代數控系統通常采用工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術，總線網絡上的任何一處節點或通訊電纜連接故障，都會造成整個數控系統無法工作，查找故障要求較強的專業能力。下面摘取兩個西門子系統總線故障的維修案例，來分析和總結準確判斷和排除總線故障的不同方法。

1 CK5125B數控立式車床400000#和400015#報警的維修

1.1 故障現象

開機后，屏幕顯示 400000#報警：PLC停止；400015#報警：Profibus_DP I/O出錯，邏輯地址9。機床操作面板上按鈕均無效，所有指示燈都沒有點亮，按RESET鍵、熱啟動或冷啟動系統，均不能清除報警。

1.2 故障分析及處理

該機床數控系統采用SINUMERIK 802D系統，配置SIMODRIVE 611UE伺服驅動系統，由PROFIBUSDP現場總線實現設備級控制系統與分散式I/O的通信，主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發送輸出信息，還提供智能化現場設備所需的非周期性通信以進行組態、診斷和報警處理。

根據報警號查找西門子802D系統診斷說明書，400000#報警反映PLC不處于循環方式，消除方法有測試PLC程序的正確性和消除其它 PLC報警；而400015#報警反映PLC用戶程序中使用的I/O地址不存在，并且指示邏輯地址為“9”的部件出錯。

在CK5125B數控立車上，802D主站通過PROFIBUS-DP總線串連了兩塊PP 72/48 I/O板和一塊雙軸控制模塊，802D主站通過總線給DP從站分配地址。PROFIBUS-DP總線連接見圖1所示。

結合兩個報警的內容，因機床已正常工作數年，可以排除PLC程序有錯誤的可能；查找有關PROFIBUS總線地址的NC參數，MD11240設為“4”，設置也沒有錯誤。據此故障點指向了邏輯地址是“9”的一塊PP 72/48 I/O板。該I/O板位于離802D最近的操作臺內部，打開操作臺，發現印刷板上用撥碼開關設置的地址無誤，而積塵很厚，待清除了積塵后，開機故障依舊。

基于對PROFIBUS-DP總線工作機理的分析，我們決定采用縮小范圍法來找出故障點。第一步將地址為“9”的總線插頭上終端電阻開關撥到“ON”，斷開后面總線上的設備，開機后PLC程序運行正常，說明該I/O板和這一段PROFIBUS總線通訊完好；第二步把地址“9”的總線插頭上終端電阻開關恢復到“OFF”，把地址為“8”的 I/O板總線插頭撥到“ON”，PLC程序運行正常；第三步把前面的改動全部恢復，把地址“12”的雙軸控制模塊上的總線插頭脫開，PLC程序運行依然正常，但在將總線插頭插回時，原來PLC停止的報警又出現了。由于此時控制模塊并沒有上電工作，據此我們判斷報警不應是控制模塊引起的，而是這個總線插頭有故障。打開該總線插頭，發現PROFIBUS電纜的一根線芯有斷裂痕跡，在插頭插上、拔下的過程中或有其它外界振動的情況下，總線通訊極易發生中斷，造成PLC程序運行停止。我們重新連接好PROFIBUS總線電纜后，故障徹底消除了。

2 PT305數控旋壓機床43#報警的維修

2.1 故障現象

機床加工過程中發生43#報警，報警顯示“PLCCPU not ready for operation”，PLC板LED紅燈持續點亮，機床操作面板等完全失效，重啟后，報警不能消除。

2.2 故障分析及處理

該機床數控系統是SINUMERIK 840C系統，PLC型號為PLC-CPU 135WB2，主控制器由母板上插CSB(central service board)板、NC 板、PLC 板、MMC 板、位控板組成，PLC通過通訊總線連接兩塊DMP(Distributed machine peripheral)接口模塊、操作面板和手持單元，PLC通訊總線連接示意圖見圖2所示。

從43#報警信息和LED紅燈亮可知PLC始終處于停止狀態。查找840C系統的診斷手冊，導致43#報警的原因有四種：PLC或I/O接口存在硬件或軟件錯誤；DMP I/O模塊24VDC電源斷開；PLC機床數據有錯誤或與PLC程序不符；PLC程序有錯誤。我們進行逐項排除，經檢查PLC程序和PLC數據都沒有錯誤，DMP模塊24VDC電源正常，這樣報警原因只可能出現在PLC或I/O接口存在硬件或軟件錯誤上。

查找PLC維修界面的錯誤代碼及其附加錯誤詳述，完全正常時應全部顯示“0000”，而現在顯示為：

錯誤代碼“6F”指明是DMP模塊未打開或設定地址旋轉開關不正確，F0001地址的“04”表示使用DMP模塊，F0002地址的“03”表示接口模塊號，F0003地址的“03”表示DMP模塊號，F0004地址表示DMP模塊的線號。我們從錯誤代碼數值推斷出接口模塊號為“03”的DMP模塊有錯誤，而西門子資料顯示模塊號“03”對應地址為“C”，可以斷定地址為“C”的第二塊DMP板出現了故障。

拆開DMP 2板，發現整塊電路板有明顯水跡，其中一塊集成電路芯片的管腳銹蝕嚴重，清潔和烘干該DMP板后，機床恢復了正常。

3 結語

從兩例總線通訊故障的排除過程，啟示我們在查找類似故障原因時要弄清當前所使用總線的通訊原理，優先運用排除法爭取縮小故障范圍，對相同的總線設備可運用替換法，結合更改地址和觀察報警顯示變化等方法，就可以使原本模糊的故障原因逐漸變得清晰起來。

［1］機電一體化技術手冊編委會.機電一體化技術手冊(第二版)［M］.北京：機械工業出版社，1999.

［2］馮勇.現代計算機數控系統［M］.北京：機械工業出版社，1996.