基于PLC的西門子840D系統(tǒng)數(shù)控機床故障診斷分析

戴正陽

(上海電子信息職業(yè)技術(shù)學院，上海奉賢，201411)

西門子于上世紀九十年代研發(fā)出SINUMERIK 840D，這款具有高性能的數(shù)控系統(tǒng)由三個主要部分構(gòu)成，即數(shù)控和驅(qū)動單元，MMC以及PLC模塊。三大組成部分在功能方面既有明確分工，又相互提供支持。SINUMERIK 840D的特點是：實現(xiàn)數(shù)字化驅(qū)動、軸控的規(guī)模大、能夠進行五軸聯(lián)動、視窗化的操作系統(tǒng)、軟件具有豐富的內(nèi)容且功能十分強大、具備遠程診斷的功能、具有完善的保護功能、硬件實現(xiàn)了高度的集成化、設(shè)計實現(xiàn)了模塊化、內(nèi)部裝有PLC系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成

計算機通過對跟隨誤差的計算，獲得NC位置給定，并得出其與位置實際值之差以完成輪廓監(jiān)控。在差值處于軸數(shù)據(jù)MD 36400：CONTOUR_ TOL(輪廓監(jiān)控勻差帶)已設(shè)定值之外，就將觸發(fā)報警，與此同時，軸將按照當前所設(shè)定的制動斜度產(chǎn)生制動。

SINUMERIK 810D / 840D 系統(tǒng)當中的 PLC 部分所使用的軟件和模塊是西門子 SIMATIC S7-300，在同一導軌上，從左到右分別為電源模塊，接口模塊和信號模塊。PLC中的 CPU同NC中的CPU均集成于 CCU 或集成于NCU當中，如圖1所示：

2 故障原因

2.1 機械系統(tǒng)方面的原因。主要集中體現(xiàn)為導軌和絲杠潤滑性差，或傳動系統(tǒng)有問題，使得軸在轉(zhuǎn)動時遇到很大阻力，導致位控元件所獲得實際值和給定的值之間產(chǎn)生很大的差異而觸發(fā)報警。

2.2 電氣系統(tǒng)方面的原因。主要體現(xiàn)在：第一，裝備的抱匣在伺服電機軸時，不能正確打開抱匣。第二，檢測部位的實際值的編碼器出現(xiàn)問題，或光柵尺有問題。第三，編碼器或者光柵尺的電纜存在問題。第四，軸驅(qū)動器出現(xiàn)的故障。第五，伺服電機存在故障。

2.3 NC參數(shù)失真或數(shù)據(jù)丟失。相關(guān)的NC參數(shù)有：第一，輪廓監(jiān)控允差帶。第二，位置控制器增益KV因子設(shè)置這項參數(shù)，為了得到較大閉環(huán)增益，但KV因子大小有限制，不會使得位置控制器發(fā)生振蕩，為避免輪廓發(fā)生誤差，要求插補的所有軸都該有相同的KV因子。第三，軸加速度。

數(shù)控機床當中的CNC系統(tǒng)，能夠使得刀具對工件的各坐標軸具有幾何運動規(guī)律的數(shù)字控制， 當中有插補計算和刀具補償?shù)葦?shù)據(jù)處理，此外還具備大量輔助性功能，例如主軸產(chǎn)生的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)運動，以及停止，包括進給運動的開啟和停止，以及刀庫和機械手的換刀控制、溫度冷卻和排屑裝置，工件的裝夾等大量應答式開關(guān)量控制，這些操作都可以運用數(shù)控機床中的可編程控制器來控制。

可編程控制器（PLC）在數(shù)控機床上的作用是將機床與 CNC相連接，接受CNC發(fā)出的控制命令，根據(jù)機床側(cè)的控制信號，通過內(nèi)部的程序控制，向機床端發(fā)出控制指令，對電磁閥、繼電器和指示燈等實施控制，將狀態(tài)信號發(fā)到CNC；同時，在處理開關(guān)信號中，如果出現(xiàn)一條信號誤差，或存在某種故障，都將導致機床產(chǎn)生故障。

3 PLC的調(diào)試

對PLC程序進行調(diào)度時，要對下列內(nèi)容進行了解：

(1)編制的FC塊或者FB 塊若在OB塊當中不調(diào)用，說明這個程序塊不執(zhí)行。

(2)對程序進行修改的最佳狀態(tài)是離線狀態(tài)，要求改后保存，之后再下傳。

(3)STEP7中的PLC程序經(jīng)過多次編輯，在運行后應適時進行壓縮。具體操作步驟：

在線 PLC 模塊信息(Module Information)內(nèi)存(Memory)壓縮。

(4)新建Project的方法為：在File NEW 輸入 Project名稱，確認，雙擊Insert Station Simatic 300 Station，打開該站點online鈕，點擊Hardware PLC Unload station，然后就可將基本程序內(nèi)容復制到該站當中。

(5)報警文本的編寫：報警文本的編寫應使用Dos 條件下Microsoft 的ASCⅡ編輯器，按照Dos提示符鍵入Edit，就開啟了ASCⅡ編輯器。報警文本要有一定的格式和語法。(見下表1)

表1 PLC 報警文本文件的結(jié)構(gòu)

報警故障代碼 300500

在下列故障代碼 1 后可能還有故障代碼數(shù)據(jù) 2，這用于說明終端塊 / 模塊的十六進制號碼。

故障代碼 0001H

故障文本 故障在：P-RAM

附加信息 1-

附加信息 2 故障地址

注釋 在引導啟動中測試程序存儲器時確定，寫入的位示例不能讀回。

原因：控制組件上硬件故障。

僅對于驅(qū)動軟件 V1.x（EPROM 版本）故障。故障在下列下載版本中由系統(tǒng)故障 F034

或者 F035 替代。

補救措施 更換控制組件

故障代碼 0002H

故障文本 在 X 中故障：或者 Y：-RAM

附加信息 1-

附加信息 2 故障地址

圖1 SINUMERIK 840D 系統(tǒng)連接圖

注釋 在引導啟動中測試數(shù)據(jù)存儲器時確定，寫入的位示例不能讀回。

原因：控制組件上硬件故障。

補救措施 更換控制組件

4 故障實例

西門子公司 840D系統(tǒng)的數(shù)控磨床在應用中，一個時期內(nèi)常產(chǎn)生 7000號報警，報警一旦發(fā)生，機床便不能做其他項操作。在按復位鍵后或在關(guān)機重開后，故障可能消除。故障的分析和檢查。產(chǎn)生報警后應檢查機床控制部分的熱繼電器，若未發(fā)現(xiàn)出問題。按照數(shù)控系統(tǒng)的工作原理，產(chǎn)生 7000 號報警，PLC相應標志位F108.0 應置“1”。

根據(jù)電器原理圖，PLC輸入U.0的接法如圖2所示，

圖2 PLC輸入 I2.0電氣連接圖

6個熱繼電器的常閉觸點串聯(lián)之后接入PLC輸入端子的，在出現(xiàn)報警時，PLC輸入I2.0的狀態(tài)確實變?yōu)椤?”，這時在線測量熱繼電器常閉觸點接線端子上的電壓，2MCB6B上的1107號接線端子上有電壓，而2MCB7上的1107號接線端子卻沒有電壓，檢查端子間的連線時發(fā)現(xiàn)，1107號導線在2M CB6B的接線端子上虛接。故障處理：緊固2MCB6B的接線端子后，這個故障不再發(fā)生。

[1]李穎翰.數(shù)控機床的電氣故障診斷與維修[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2009(07)

[2]王貴勇.對西門子8系統(tǒng)測量系統(tǒng)的故障分析[J].裝備維修技術(shù).2002(04)

[3]阮煜.840D數(shù)控系統(tǒng)輪廓監(jiān)控故障分析及檢測[J].設(shè)備管理與維修.2009(03)3