利用PLC界面和梯形圖進(jìn)行故障判斷

孫先立

在數(shù)控機(jī)床中，除了對(duì)各坐標(biāo)軸的位置進(jìn)行連續(xù)控制外，還需要對(duì)主軸正反轉(zhuǎn)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)啟停、刀庫(kù)及換刀機(jī)械手控制，工件夾緊松開(kāi)、工作臺(tái)交換臺(tái)，冷卻、潤(rùn)滑等輔助動(dòng)作進(jìn)行順序控制。順序控制的信息主要是通過(guò)輸入/輸出（I/O）控制，如控制、行程、壓力和溫度開(kāi)關(guān)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(qū)動(dòng)、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)的使能控制和機(jī)床報(bào)警處理等。數(shù)控機(jī)床采用可編程邏輯控制器（PLC）來(lái)完成上述功能，輸入/輸出故障是數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)過(guò)程中最常見(jiàn)聞見(jiàn)的故障。PLC方面故障，一般有三種表現(xiàn)形式：①故障可通過(guò)CNC報(bào)警直接找出故障原因；②故障雖有CNC報(bào)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(méi)有任何顯示。對(duì)于后兩種情況，可以利用數(shù)控系統(tǒng)的自診斷功能，根據(jù)PLC梯形圖和輸入、輸出I/O狀態(tài)信息分析和判斷故障的原因。

1.通過(guò)PLC查找故障的方法

（1）在PLC狀態(tài)中觀察所需的輸入開(kāi)關(guān)量，或系統(tǒng)變量是否已正確輸入，若沒(méi)有，則檢查外圍電路。對(duì)于M、S、T指令，可以寫(xiě)一個(gè)檢驗(yàn)程序，以自動(dòng)或單段的方式執(zhí)行該程序，在執(zhí)行的過(guò)程中觀察地址位。

（2）在PLC狀態(tài)中觀察所輸出開(kāi)關(guān)量是否正確輸出，若沒(méi)有，則檢查CNC側(cè)，分析是否有故障。

（3）檢查由輸出開(kāi)關(guān)量直接控制的電氣開(kāi)關(guān)工業(yè)區(qū)繼電器是否動(dòng)作，若沒(méi)有動(dòng)作，則檢查連線(xiàn)或元件。

（4）檢查執(zhí)行元件，包括主軸電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)。

（5）觀察PLC動(dòng)態(tài)梯形圖，結(jié)合系統(tǒng)的工作原理，查找故障點(diǎn)。

2.通過(guò)PLC查找故障的實(shí)例

（1）通過(guò)PLC界面，查找系統(tǒng)報(bào)警的故障點(diǎn)。在數(shù)控機(jī)床中，輸入、輸出信號(hào)的傳遞，一般都要通過(guò)PLC的I/O接口來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，許多故障都會(huì)在PLC的接口通道上反映出來(lái)，數(shù)控機(jī)床的這種特點(diǎn)為故障診斷提供了方便，只要不是數(shù)控系統(tǒng)硬件故障，可以不必查看梯形圖和有關(guān)電路圖，直接通過(guò)查詢(xún)PLC接口狀態(tài)，尋找故障原因。根據(jù)廠家提供的輸入、輸出信號(hào)一覽表，獲得有關(guān)控制對(duì)象PLC I/O接口的通常狀態(tài)，從而判斷出故障狀態(tài)。

例1 XH716加工中心，采用FANUC-0M系統(tǒng)。在執(zhí)行換刀指令時(shí)，出現(xiàn)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)180°時(shí)卡刀現(xiàn)象，造成換刀程序無(wú)法進(jìn)行。

分析處理：根據(jù)故障現(xiàn)象，可診斷故障發(fā)生在換刀裝置中，由于相應(yīng)的位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)無(wú)信號(hào)送至PLC的接口，從而導(dǎo)致機(jī)床中斷換刀。該加工中心采用臺(tái)灣吉輔生產(chǎn)的圓盤(pán)式刀庫(kù)，凸輪換刀機(jī)構(gòu)，在機(jī)構(gòu)上端有三個(gè)接近開(kāi)關(guān)，分別對(duì)機(jī)械手的位置進(jìn)行檢測(cè)，倒刀氣缸的位置由兩個(gè)磁簧開(kāi)關(guān)檢測(cè)。造成開(kāi)關(guān)無(wú)信號(hào)輸出的原因有：①由于液壓或機(jī)械上的原因造成動(dòng)作不到位而使開(kāi)關(guān)得不到感應(yīng)；②感應(yīng)開(kāi)關(guān)失靈。首先檢查倒刀氣缸上的磁簧開(kāi)關(guān)，通過(guò)診斷顯示開(kāi)關(guān)正常，又檢查刀臂接近開(kāi)關(guān)，正常情況下在180°位置應(yīng)該是中間和下方兩個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)為1，而且中間有1s的停頓，然后換刀電機(jī)再旋轉(zhuǎn)進(jìn)行裝刀，該電機(jī)帶有剎車(chē)線(xiàn)圈，分析可能是電機(jī)剎車(chē)不良，造成機(jī)械手旋轉(zhuǎn)位置有所錯(cuò)位使接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)不到信號(hào)。于是打開(kāi)換刀電機(jī)防護(hù)蓋，檢查剎車(chē)線(xiàn)圈，用萬(wàn)用表測(cè)量剎車(chē)線(xiàn)圈阻值正常，整流二極管也正常（該線(xiàn)圈電壓為90V，通過(guò)220V電壓半波整流獲?。?，拆下電機(jī)，進(jìn)行加電試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)停電時(shí)剎車(chē)太慢，拆下剎車(chē)線(xiàn)圈，檢查剎車(chē)片，剎車(chē)片已磨損嚴(yán)重，所以剎車(chē)時(shí)抱不緊電機(jī)，造成機(jī)械不到位。換上新的剎車(chē)片再進(jìn)行開(kāi)機(jī)試驗(yàn)，再無(wú)機(jī)械手卡刀現(xiàn)象。

例2 TH5680加工中心，采用SIEMENES840D系統(tǒng)。由低速向高速切換時(shí)，主軸伺服電機(jī)不轉(zhuǎn)。

分析處理：故障發(fā)生時(shí)無(wú)報(bào)警，根據(jù)故障現(xiàn)象判斷可能是主軸由低擋向高擋切換時(shí)，高擋位檢測(cè)開(kāi)關(guān)不到位，造成主軸電機(jī)不轉(zhuǎn)。主軸高低擋切換是由一個(gè)三位四通電磁閥進(jìn)行控制，擋位是由兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)。如果某擋位的開(kāi)關(guān)不到位，則不能進(jìn)行該擋位的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。調(diào)出診斷畫(huà)面，在進(jìn)行擋位切換時(shí)，觀察PLC輸入、輸出信號(hào)正常，檢查電磁閥動(dòng)作也正常，說(shuō)明電氣部分是好的，故打開(kāi)主軸箱，發(fā)現(xiàn)主軸一雙聯(lián)齒輪位置下移，造成換擋時(shí)齒輪掛不上，使擋位開(kāi)關(guān)檢測(cè)不到位，主軸無(wú)法旋轉(zhuǎn)，檢查發(fā)現(xiàn)，是聯(lián)接齒輪的平鍵脫落，所以雙聯(lián)齒輪下移，造成了主軸無(wú)法旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，修復(fù)平鍵后進(jìn)行換擋操作，主軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)正常。

（2）結(jié)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(tǒng)。主軸定向后，ATC無(wú)定向指示，機(jī)械手無(wú)換刀動(dòng)作。

分析處理：故障發(fā)生后，機(jī)床無(wú)任何報(bào)警，除機(jī)械手不能正常工作外，機(jī)床各部分工作都正常，根據(jù)故障現(xiàn)象，認(rèn)為是主軸定向完成信號(hào)未送到PMC，致使PMC中沒(méi)有得到換刀指令。在PLC梯形圖上，刀具交換的條件是機(jī)械手處于水平位置及主軸定向銷(xiāo)插入。該主軸定向由兩個(gè)方面來(lái)控制：①根據(jù)參數(shù)設(shè)置的

定向角度在執(zhí)行M19時(shí)，靠編碼器反饋信號(hào)使主軸停在設(shè)定的角度上，②由電磁閥控制的定向銷(xiāo)插入到正確的位置，通過(guò)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)，只有當(dāng)定向插入信號(hào)為1時(shí)，主軸才能進(jìn)行換刀。首先，檢查機(jī)械手是否處于水平狀態(tài)，通過(guò)查找梯形圖，水平檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)正常，查定向銷(xiāo)插入輸出信號(hào)正常，然后檢查插銷(xiāo)電磁閥，用萬(wàn)用表測(cè)量有24V電壓，電磁閥也已吸合，但插銷(xiāo)桿無(wú)動(dòng)作，懷疑是電磁閥閥芯堵塞，停電拆下電磁閥檢查，發(fā)現(xiàn)電磁閥閥芯卡死，所以在執(zhí)行定向命令時(shí)，電磁閥吸合，但閥桿不動(dòng)，造成定向插入信號(hào)檢測(cè)不到，無(wú)法進(jìn)行換刀。將電磁閥內(nèi)部清理干凈裝上，開(kāi)機(jī)進(jìn)行換刀，再無(wú)此現(xiàn)象發(fā)生。

W10.01-17