歐姆龍C系列PLC在編程調試應用中的典型故障案例分析

華意壓縮機股份有限公司 劉 斌

近幾年PLC(Programable Logic Controller)以其卓越的可靠性、抗干擾性以及方便的可編程性廣泛地應用于工業控制領域，已逐步成為實現工業生產自動化的三大支柱之一。

我公司機加車間有一臺自制的曲軸拋光機，采用OMRON-CPM1A的PLC加觸控屏控制自動工藝拋光加工，在現場程序調試時遇見奇怪故障現象：手動方式通過觸控屏操作各執行部件有動作，但自動方式卻無反應，檢查分析程序編輯無語法錯誤，現場監控條件也滿足，就是執行件（氣缸）不動作，整個程序無法進行。

另一臺六工位連桿組合鉆床是由OMRONCQM1H-CPU51的PLC加五個工位伺服驅動進給控制5個進給軸伺服電機（HC-SF102K，1kw，3P，AC，2000rpm）執行編程鉆削，另外控制回轉臺按工步分度加工，在一次需要調整機床加工工藝節拍時，修改了五號工位伺服驅動(MR-J2-100)設定程序的回程速度參數值之后，五號工位頻繁出現滑臺主軸上的攻絲雙刀桿與回轉分度臺相撞的破壞性故障現象：在機床五號工位攻絲加工完成返回原位后，各其它工位進給軸也回到原位，上料工位操作員按夾具夾緊并循環啟動，此時，分度臺開始分度，但五號工位進給軸沒等分度臺分度到位落下的情況下幾乎同時也往前運動，直到將刀桿及刀具撞壞。

就以上兩起典型故障案例，車間維修班組積極參與故障分析，排除故障隱患，優化了源程序的設計缺陷，保障了高效生產設備的有序、穩定運行。

1.CPM1A系列PLC

1.1 CPM1A是日本歐姆龍公司(OMRON)產品中的一種先進的、小型化的整體式PLC(可編程序控制器)，即：OMRON SYSMAC CPM1A系列PLC，在小規模控制系統中已獲得廣泛應用。

1.2 CPM1A系列PLC的特點：

(1)CPM1A系列PLC容量大小僅相當于一個PC卡(對于10點的機型來說)，從而使安裝體積大幅度縮小，同時也進一步節省了控制柜的空間。它不僅具備了以往小型PLC所具備的功能，而且還可連接可編程終端，美化了生產現場環境。

(2)可連接可編程終端，選用通信適配器以相應的上位Link或高速NT Link與PT之間進行高速通信。

(3)有10點-40點多種CPU單元，CPU單元與擴展I/O并用，可按輸入／輸出總點數的要求方便選配到最大100點。

(4)有繼電器輸出型和晶體管輸出型兩種，并有交流AC和直流DC兩種電源型號可選擇。

(5)匯集了各種先進的功能，如高速響應功能、高速計數功能、中斷功能，還備有兩個模擬量設定。

(6)充足的數據存儲容量，具有2048字的用戶存儲器和1024字的數據存儲器，基本命令執行時間為0.72-16.2μs。

2.CQM1H系列PLC

CQM1H是一種功能完善的緊湊型PLC，它能用高速、高容量的ControllerLink來建立分散控制系統。它還可方便地通過中央區域收集和共享數據、監控每臺機械的生產過程和質量數據。包括高速計數器在內，擁有各種先進的內裝板，它能利用內裝板靈活地配置系統。在CPU單元中安裝所要求的內裝板就可以滿足各種機器的應用要求。串行通信板能與任何帶有串行端口的裝置進行通信，比如溫度控制器或條碼讀取器。與CQM1相比，程序容量、DM容量和I/O點數都增加了一倍。

表1 5#工位驅動編程表

3.典型編程應用案例分析處理

3.1 首先，看以上提到的OMRON-CPM1A一個典型應用案例

當我們在現場用串行RS-232C數據線聯通PLC和筆記本電腦(上位機)在用CXProgrammer編程軟件調試自動程序時出現了圖1現象，在線診斷發現自動程序段輸出張緊氣缸10.05和主推氣缸10.03條件均已滿足，但手動條件未滿足，為什么自動無結果輸出，相應的線圈呈反白狀，對應的氣缸不動作。

圖1 梯形圖監控自動狀態

于是檢查程序在傳送過程中出現的有關報警信息記錄，如圖2所示，顯示有“重復輸出”的警告10條。

圖2 診斷信息

針對以上情況，分析表明：在PLC程序中，為了編程的方便，有時需要使用“重復輸出(重復線圈)”的情況，但在繼電器控制系統中不存在，當梯形圖使用重復輸出時，最終輸出狀態以最后執行的程序處理結果(第二次手動輸出)為準，但是，對于手動輸出的程序段，輸出條件是沒有滿足的，在自動循環掃描周期后，系統就按0識別，讀入且存儲在輸出映像寄存器中，由上一個掃描周期刷新后，放入輸出鎖存器，并以低電平0V輸出驅動信號，所以呈現出線圈反白，無信號輸出，根據系統檢測出來的報警提示，在檢查程序編輯時發現，我們有些維修人員習慣將自動方式和手動方式分開編寫，但又沒能在編完整個用戶加工程序時，將它們合并處理，這也是違反了PLC梯形圖編程基本原則中的有關規定：“梯形圖中同一個編號的輸出線圈只能有一次輸出，如多次重復輸出稱為多線圈輸出，則程序容易產生錯誤，應盡量避免。”因此，才會出現該故障現象。

優化程序，將自動和手動合二為一，如圖3所示：可以看到10.05和10.03均點亮，程序執行完成，無任何報錯。

圖3 CPM1A梯形圖

3.2 再看前面提到的OMRON-CQM1H的一個典型案例分析(如圖4所示)

圖4 PLC梯形圖

在線監控圖4中的102.01線圈得電輸出情況，是在一個循環加工過程中分3次輸出指令信號給伺服驅動器，而驅動器按照PLC給出的兩位編碼狀態(01表示快進到位，10表示工進到位，11表示快退到位，00表示回零方式)進行步進加工，當給出第一個指令信號到伺服驅動器，以表1中800r/min轉速執行滑臺向前快進01移動到驅動程序設定的PO-01工進1位置87000μm(微米)時，驅動器告知PLC到位信號2.01點亮，停頓50ms使得位置選擇2信號103.00為1的狀態，位置選擇1信號102.11在自動方式時是始終為1的，此時的兩位編碼方式選擇為快退11，為下一步攻絲完成，向驅動器發出第二個滑臺后退指令，驅動滑臺返回原位的OP-03過程做好準備，如圖5所示。

圖5 第二步和第三步驅動脈沖

如果按驅動器中原設置H為1的連續加工，PLC的第一個脈沖給驅動器，就會按驅動器本身的加工程序控制進給軸完成從OP-01工進1—OP-03返回原位的加工循環，當攻絲完成，PLC發出第二個脈沖，驅動器已經跳過第二步工進執行第三步快退指令，此時，兩位編碼方式選擇從11切換為01狀態，為驅動器接收下一個前進脈沖信號做準備，當PLC發出第三個快退指令時，該工位反而前進，而這時的分度臺已經開始旋轉，導致該工位動力頭與分度臺相撞。

解決辦法：請注意表1中的紅色加粗字體，先將H由1改為0，使驅動器程序步功能完全由PLC外部信號控制，以及圖4中標注的延長位置選擇2信號103.00點亮時間10秒，是為了防止故障前驅動器參數設置不當易與PLC控制的進給軸指令相沖突，導致兩種控制指令在時序上發生偏差，出現撞刀故障，而對編程進行優化的結果，見圖6所示。

圖6 工步執行圖

4.結語

通過對現場實際自動化設備的編程及典型的工程實例，幫助提高相關工程技術人員熟練掌握歐姆龍PLC對不同設備、不同程序的編程方法及編程技巧，認識CP系列小型PLC以及CQM1H緊湊型PLC在邏輯控制編程方面的靈活性及優越性，深入地掌握歐姆龍PLC的不同指令在各個工程項目中的用法。并能熟練解決工業現場設備程序應用故障案例，增強個人的程序設計及現場調試技術水平，并與廣大工程技術人員進行經驗交流。

[1]田效伍主編.電氣控制PLC應用技術[M].北京:機械工業出版社,2006.

[2]戴一平主編.可編程序控制器邏輯控制案例[M].北京:高等教育出版社,2007.

[3]王炳實主編.機床電氣控制[M].北京:機械工業出版社,2004.5.