歐姆龍C系列PLC在編程調(diào)試應(yīng)用中的典型故障案例分析

華意壓縮機(jī)股份有限公司 劉 斌

近幾年P(guān)LC(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(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，已逐步成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱之一。

我公司機(jī)加車間有一臺(tái)自制的曲軸拋光機(jī)，采用OMRON-CPM1A的PLC加觸控屏控制自動(dòng)工藝拋光加工，在現(xiàn)場(chǎng)程序調(diào)試時(shí)遇見奇怪故障現(xiàn)象：手動(dòng)方式通過觸控屏操作各執(zhí)行部件有動(dòng)作，但自動(dòng)方式卻無(wú)反應(yīng)，檢查分析程序編輯無(wú)語(yǔ)法錯(cuò)誤，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控條件也滿足，就是執(zhí)行件（氣缸）不動(dòng)作，整個(gè)程序無(wú)法進(jìn)行。

另一臺(tái)六工位連桿組合鉆床是由OMRONCQM1H-CPU51的PLC加五個(gè)工位伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)給控制5個(gè)進(jìn)給軸伺服電機(jī)（HC-SF102K，1kw，3P，AC，2000rpm）執(zhí)行編程鉆削，另外控制回轉(zhuǎn)臺(tái)按工步分度加工，在一次需要調(diào)整機(jī)床加工工藝節(jié)拍時(shí)，修改了五號(hào)工位伺服驅(qū)動(dòng)(MR-J2-100)設(shè)定程序的回程速度參數(shù)值之后，五號(hào)工位頻繁出現(xiàn)滑臺(tái)主軸上的攻絲雙刀桿與回轉(zhuǎn)分度臺(tái)相撞的破壞性故障現(xiàn)象：在機(jī)床五號(hào)工位攻絲加工完成返回原位后，各其它工位進(jìn)給軸也回到原位，上料工位操作員按夾具夾緊并循環(huán)啟動(dòng)，此時(shí)，分度臺(tái)開始分度，但五號(hào)工位進(jìn)給軸沒等分度臺(tái)分度到位落下的情況下幾乎同時(shí)也往前運(yùn)動(dòng)，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(yōu)化了源程序的設(shè)計(jì)缺陷，保障了高效生產(chǎn)設(shè)備的有序、穩(wěn)定運(yùn)行。

1.CPM1A系列PLC

1.1 CPM1A是日本歐姆龍公司(OMRON)產(chǎn)品中的一種先進(jìn)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(guī)?？刂葡到y(tǒng)中已獲得廣泛應(yīng)用。

1.2 CPM1A系列PLC的特點(diǎn)：

(1)CPM1A系列PLC容量大小僅相當(dāng)于一個(gè)PC卡(對(duì)于10點(diǎn)的機(jī)型來(lái)說(shuō))，從而使安裝體積大幅度縮小，同時(shí)也進(jìn)一步節(jié)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(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

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

(3)有10點(diǎn)-40點(diǎn)多種CPU單元，CPU單元與擴(kuò)展I/O并用，可按輸入／輸出總點(diǎn)數(shù)的要求方便選配到最大100點(diǎn)。

(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(hào)可選擇。

(5)匯集了各種先進(jìn)的功能，如高速響應(yīng)功能、高速計(jì)數(shù)功能、中斷功能，還備有兩個(gè)模擬量設(shè)定。

(6)充足的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，具有2048字的用戶存儲(chǔ)器和1024字的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，基本命令執(zhí)行時(shí)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(lái)建立分散控制系統(tǒng)。它還可方便地通過中央?yún)^(qū)域收集和共享數(shù)據(jù)、監(jiān)控每臺(tái)機(jī)械的生產(chǎn)過程和質(zhì)量數(shù)據(jù)。包括高速計(jì)數(shù)器在內(nèi)，擁有各種先進(jìn)的內(nèi)裝板，它能利用內(nèi)裝板靈活地配置系統(tǒng)。在CPU單元中安裝所要求的內(nèi)裝板就可以滿足各種機(jī)器的應(yīng)用要求。串行通信板能與任何帶有串行端口的裝置進(jìn)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(diǎn)數(shù)都增加了一倍。

表1 5#工位驅(qū)動(dòng)編程表

3.典型編程應(yīng)用案例分析處理

3.1 首先，看以上提到的OMRON-CPM1A一個(gè)典型應(yīng)用案例

當(dāng)我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)用串行RS-232C數(shù)據(jù)線聯(lián)通PLC和筆記本電腦(上位機(jī))在用CXProgrammer編程軟件調(diào)試自動(dòng)程序時(shí)出現(xiàn)了圖1現(xiàn)象，在線診斷發(fā)現(xiàn)自動(dòng)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(dòng)條件未滿足，為什么自動(dòng)無(wú)結(jié)果輸出，相應(yīng)的線圈呈反白狀，對(duì)應(yīng)的氣缸不動(dòng)作。

圖1 梯形圖監(jiān)控自動(dòng)狀態(tài)

于是檢查程序在傳送過程中出現(xiàn)的有關(guān)報(bào)警信息記錄，如圖2所示，顯示有“重復(fù)輸出”的警告10條。

圖2 診斷信息

針對(duì)以上情況，分析表明：在PLC程序中，為了編程的方便，有時(shí)需要使用“重復(fù)輸出(重復(fù)線圈)”的情況，但在繼電器控制系統(tǒng)中不存在，當(dāng)梯形圖使用重復(fù)輸出時(shí)，最終輸出狀態(tài)以最后執(zhí)行的程序處理結(jié)果(第二次手動(dòng)輸出)為準(zhǔn)，但是，對(duì)于手動(dòng)輸出的程序段，輸出條件是沒有滿足的，在自動(dòng)循環(huán)掃描周期后，系統(tǒng)就按0識(shí)別，讀入且存儲(chǔ)在輸出映像寄存器中，由上一個(gè)掃描周期刷新后，放入輸出鎖存器，并以低電平0V輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所以呈現(xiàn)出線圈反白，無(wú)信號(hào)輸出，根據(jù)系統(tǒng)檢測(cè)出來(lái)的報(bào)警提示，在檢查程序編輯時(shí)發(fā)現(xiàn)，我們有些維修人員習(xí)慣將自動(dòng)方式和手動(dòng)方式分開編寫，但又沒能在編完整個(gè)用戶加工程序時(shí)，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(guān)規(guī)定：“梯形圖中同一個(gè)編號(hào)的輸出線圈只能有一次輸出，如多次重復(fù)輸出稱為多線圈輸出，則程序容易產(chǎn)生錯(cuò)誤，應(yīng)盡量避免。”因此，才會(huì)出現(xiàn)該故障現(xiàn)象。

優(yōu)化程序，將自動(dòng)和手動(dòng)合二為一，如圖3所示：可以看到10.05和10.03均點(diǎn)亮，程序執(zhí)行完成，無(wú)任何報(bào)錯(cuò)。

圖3 CPM1A梯形圖

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

圖4 PLC梯形圖

在線監(jiān)控圖4中的102.01線圈得電輸出情況，是在一個(gè)循環(huán)加工過程中分3次輸出指令信號(hào)給伺服驅(qū)動(dòng)器，而驅(qū)動(dòng)器按照PLC給出的兩位編碼狀態(tài)(01表示快進(jìn)到位，10表示工進(jìn)到位，11表示快退到位，00表示回零方式)進(jìn)行步進(jìn)加工，當(dāng)給出第一個(gè)指令信號(hào)到伺服驅(qū)動(dòng)器，以表1中800r/min轉(zhuǎn)速執(zhí)行滑臺(tái)向前快進(jìn)01移動(dòng)到驅(qū)動(dòng)程序設(shè)定的PO-01工進(jìn)1位置87000μm(微米)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器告知PLC到位信號(hào)2.01點(diǎn)亮，停頓50ms使得位置選擇2信號(hào)103.00為1的狀態(tài)，位置選擇1信號(hào)102.11在自動(dòng)方式時(shí)是始終為1的，此時(shí)的兩位編碼方式選擇為快退11，為下一步攻絲完成，向驅(qū)動(dòng)器發(fā)出第二個(gè)滑臺(tái)后退指令，驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)返回原位的OP-03過程做好準(zhǔn)備，如圖5所示。

圖5 第二步和第三步驅(qū)動(dòng)脈沖

如果按驅(qū)動(dòng)器中原設(shè)置H為1的連續(xù)加工，PLC的第一個(gè)脈沖給驅(qū)動(dòng)器，就會(huì)按驅(qū)動(dòng)器本身的加工程序控制進(jìn)給軸完成從OP-01工進(jìn)1—OP-03返回原位的加工循環(huán)，當(dāng)攻絲完成，PLC發(fā)出第二個(gè)脈沖，驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)跳過第二步工進(jìn)執(zhí)行第三步快退指令，此時(shí)，兩位編碼方式選擇從11切換為01狀態(tài)，為驅(qū)動(dòng)器接收下一個(gè)前進(jìn)脈沖信號(hào)做準(zhǔn)備，當(dāng)PLC發(fā)出第三個(gè)快退指令時(shí)，該工位反而前進(jìn)，而這時(shí)的分度臺(tái)已經(jīng)開始旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致該工位動(dòng)力頭與分度臺(tái)相撞。

解決辦法：請(qǐng)注意表1中的紅色加粗字體，先將H由1改為0，使驅(qū)動(dòng)器程序步功能完全由PLC外部信號(hào)控制，以及圖4中標(biāo)注的延長(zhǎng)位置選擇2信號(hào)103.00點(diǎn)亮?xí)r間10秒，是為了防止故障前驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置不當(dāng)易與PLC控制的進(jìn)給軸指令相沖突，導(dǎo)致兩種控制指令在時(shí)序上發(fā)生偏差，出現(xiàn)撞刀故障，而對(duì)編程進(jìn)行優(yōu)化的結(jié)果，見圖6所示。

圖6 工步執(zhí)行圖

4.結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際自動(dòng)化設(shè)備的編程及典型的工程實(shí)例，幫助提高相關(guān)工程技術(shù)人員熟練掌握歐姆龍PLC對(duì)不同設(shè)備、不同程序的編程方法及編程技巧，認(rèn)識(shí)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(yōu)越性，深入地掌握歐姆龍PLC的不同指令在各個(gè)工程項(xiàng)目中的用法。并能熟練解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備程序應(yīng)用故障案例，增強(qiáng)個(gè)人的程序設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試技術(shù)水平，并與廣大工程技術(shù)人員進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)交流。

[1]田效伍主編.電氣控制PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)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(shí)主編.機(jī)床電氣控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.5.