利用PLC實現數控機床故障快速診斷與維修

摘要：當今數控機床運用PLC技術有了長足的進步，尤其在機械加工行業，通過運用PLC技術，構建數據機床控制工作系統，不僅有效提高了機床控制效率，而且直接影響其加工效率，有助于提升數控機床運行精度及穩定性。本文以某工廠數控機床PLC運用為研究對象，通過系統分析與PLC有關的故障特點，重點論述了在機械加工單位使用數控機床過程中，與PLC有關的故障檢測方法，并提出相應的維修方法，以供同行參考。

關鍵詞：數控機床;PLC;故障;診斷;維修

中圖分類號：TG659文獻標識碼：A

0 引言

隨著數控機床在機械加工行業廣泛使用，PLC在數控機床的作用日益顯著，與PLC有關的機電故障也隨之增加，與PLC有關的故障首先應確認PLC的運行狀態。當PLC因異常原因產生中斷時，應先根據PLC報警將異常情況予以排除，方可利用PLC進行其他相關故障的診斷檢測。

1 與PLC有關的故障特點

與PLC有關的故障應首先確認PLC的運行狀態，例如一臺配備SIEMENS 802D系統的數控機床，當機床通電后，沒有輸出動作，CRT上顯示報警號位400000 PLC 停止1（沒有啟動用戶程序），PLC不處于循環方式，不可能使機床運行，在了解820D數控系統的基礎上，由820D編程工具啟動，還有PLC因異常原因產生的中斷，例如某802D系統數控機床出現profibus-dp I/O出錯，PLC用戶程序中使用的I/O地址不存在，具體反應為PLC停止，經檢查profibus連接出錯，重新連接profibus線后PLC恢復正常運行。

分析與PLC相關的故障，先把輸出結果定位為不正常，然后查找故障。故障查找要求維修人員不僅要熟練掌握PLC接口知識，而且要非常清晰數控機床的一先后時序關系。①檢查輸出點是否輸出信號;②若沒有執行，檢查強電部分電路圖;③若沒有輸出，檢查PLC程序。

2 與PLC有關的故障檢測方法

2.1 NC系統故障

2.1.1 ?硬件故障

有時由于NC系統出現硬件的損壞，使機床停機。診斷方法：在了解該數控系統工作原理及路板功能的基礎上，進行現象分析，利用交換法則定位故障點。

2.1.2 軟件故障

由NC系統機床參數設置不當、操作不當使參數發生變化甚至NC系統死循環，發生這類故障首先只要重新調整參數，試運行，若仍有故障，可采用強行啟動的方法恢復系統重新使用。例如，一臺采用日本發那科公司 FANUC-OT 系統的數控車床，每次開機都發生死機現象，任何正常操作都不起作用。后采取強制復位的方法，將系統內存全部清除后，系統恢復正常，重新輸入機床參數后，機床正常使用。這個故障就是由于機床參數混亂造成的。

2.1.3 ?因其他原因引起的NC系統故障

有時因供電電源出現問題或緩沖電池失效也會引起系統故障^[1]。舉例：在正常自動加工過程中的西門子某型號數控機床，系統突然掉電。分析原因：測量直流供電電源系統值應該為24v，實際測量只有22v，電壓向下波動引起電壓降低，導致NC系統死機，自動斷電。經工作人員檢測，原整流變壓器匝間短路，更換變壓器后恢復正常。

2.2 根據動作順序診斷故障

數控機床自動交換動作（刀具及托盤等裝置）都是有既定順序的，依據這一特點，便可診斷出機械裝置的運動過程中發生的故障原因。

2.3 根據控制對象的工作原理診斷故障

分析控制對象工作原理，結合PLCI/O狀態檢查診斷。

維修事例1：數控機床工件夾緊故障

故障現象：沈陽數控機床配備SIEMENS 802D系統，當腳踏尾座開關使套筒頂尖頂緊工作時，系統產生報警。

后尾套筒的PLC輸入開關如下圖所示：

故障診斷：在系統診斷狀態下，在CRT上調出PLC輸入信號表，發現I13.3為“1”、I12.4為“1”、I12.5為“0”，壓下腳踏開關后，查PLC輸出信號，臺尾芯前進Q8.6為“1”，同時電磁閥也給電。說明系統正常，分析故障應發生在臺尾套筒液壓系統。當電磁閥YV60得電后，液壓油經三位四通電磁閥進入套筒液壓缸，使其向前頂緊工件。松開腳踏開關，套筒退回。手動電磁閥，套筒仍不前進，說明電器部分無誤，電磁閥損壞致使動作不正常，更換電磁閥報警消除。

2.4 根據PLC的I/O狀態診斷故障

數控機床通過PLC接口實現輸入/輸出信號的傳遞，因此只要熟練掌握相關控制對象、故障狀態便可診斷出故障。

維修事例2：大連數控機床經常出現回參考點故障，在現場判斷時，X軸回參考點信號I7.0，Z軸回參考點信號I7.1。當X軸無法返回參考點時，按下X軸接近開關，I7.0為“1”說明接近開關完好，再檢查外圍線路，可省去用萬用表測量接近開關，直接找到故障原因，Z軸同理。

2.5 通過梯形圖診斷故障

利用PLC的梯形圖分析法首先要掌握機床工作原理、動作順序及連鎖關系，然后利用系統的自診斷功能，根據PLC梯形圖查看相關的輸入/輸出及標志位的狀態，從而確定故障原因。

維修實例3：沈陽數控機床刀盤上電刀架返零故障。根據刀盤回零原理，首先按下回零按鈕，刀盤伺服放大器發出信號I11.1，同時電磁閥YV41松開。刀盤開始旋轉，直到找到1號刀位，刀盤伺服放大器發出信號I11.2，刀盤夾緊。發生故障時，在CRT上觀察PLC梯形圖，I11.1刀架到位信號一直無，查外圍刀盤到位接近開關及線路均正常，說明刀盤伺服放大器出現異常，用備件調換故障排除。

3 全方位把控，做好故障檢測

3.1 故障檢測注意事項

首先要了解機床各檢測開關的安裝位置;其次要了解執行機構的動作順序;再次了解機床上各種條件標志;最后要對于比較難診斷的事故，運用筆記本電腦或相應的智能手機根據機床工作原理做出診斷。

3.2 做好數控機床設備的維護方案

有針對性地制定并落實好設備維護方案。首先，一線生產領導必須高度重視生產設備的運行與維護。“工欲善其事，必先利其器”，相關領導必須加大生產一線數控機床設備的投入與管理。其次，對運用PLC技術施工作業的機床設備在正式運用投入生產之前，操作人員必須熟練掌握廠家出具的操作程序，維護人員對其設備運行指令能夠熟記于心，數控機床設備出現故障時及時組織生產與維護人員進行論證，并出具相關故障分析報告及維修意見。生產單位應根據生產及維修人員提出的故障分析報告及維修意見，制定系統、完善的維護方案且落實到位，及時總結歸納出常見的設備故障及維修方法，利用智能多媒體平臺，實行實時更新，資源共享。形成適用于本單位生產的操作規章制度。最后，生產單位應當嚴格落實《操作規章制度》，對生產范圍內的區域進行動態化監控，定期組織一線生產、維護員工開展技術比武，從中優選出操作技術好，維修經驗豐富的一線職工，給予物質及精神獎勵，推廣他們的先進技術，針對技術與維修能力比較弱的員工，采用一對一幫扶辦法（技術好、經驗豐富的帶操作能力差的新員工），充分利用智能手機多媒體開展形式多樣的技能培訓，整體提高一線工人的技術水平。值得注意的是，生產期間，運用PLC技術一旦影響到數控機床的運行安全，生產單位應立即停止作業，在明確設備故障后及時調整作業方法，確定設備運行正常并做好安全保護方案后方可復工。

總結

結合以上三件實例，系統分析數控機床故障診斷與維修方法，重點是發現故障，特別是數控機床外部故障，要求檢修人員不僅要熟練掌握機床工作原理及動作順序，而且要靈活運用廠方提供的PLC梯形圖及梯形圖的鏈鎖關系，確定故障點，做到及時發現、及時處理、及時排除。同時，一線生產單位必須高度重視數控機床的生產與維護，配建數控機床檢修專項人員與相關管理制度，合理制定相應的獎懲措施，提高操作人員的工藝技術，從根源上減少設備的維護和檢修。

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作者：劉記軍（1970年08月06日），男，技師，高中學歷，數控機床維修與管理，籍貫：山西潞城