信號屏蔽法在加工中心故障處理中的應(yīng)用

劉先黎 楊萬葉

作者通聯(lián)：玉柴機(jī)器股份有限公司生產(chǎn)部維修中心 廣西玉林市玉州區(qū)天橋路88號 537005

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1.故障現(xiàn)象

廣西玉柴機(jī)器股份有限公司冷加工廠重機(jī)車間從德國進(jìn)口的HELLER MCH300 型加工中心（臥式四軸加工中心），采用西門子840D 數(shù)控系統(tǒng)。MCH300 型加工中心（圖1）有兩個可自動交換的工作臺，采用雙托盤液壓交換結(jié)構(gòu)，交換工作臺時，Z 軸移到工作臺交換區(qū)，在液壓系統(tǒng)作用下松開上料區(qū)和工作區(qū)的工作臺，托盤托著工作臺升起，升起到位托盤旋轉(zhuǎn)180°，旋轉(zhuǎn)到位托盤下降，下降到位工作臺夾緊，完成工作臺自動交換。1 臺MCH300 型HELLER 加工中心加工完成1 件工件，進(jìn)入自動交換工作臺狀態(tài)，工作臺交換裝置旋轉(zhuǎn)180°，然后下降，下降到位下一個動作應(yīng)為夾緊工作臺，但此時機(jī)床黃燈閃爍，不能完成工作臺交換，NC 退出自動運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)床停運(yùn)，人際界面也沒有報警信息提示。

圖1 MCH300 型加工中心結(jié)構(gòu)

2.故障分析

設(shè)備故障情況下重新按NC 啟動又能完成工作臺的交換，但若將機(jī)床切換到手動方式，則出現(xiàn)工作臺不能夾緊報警，報警號為A700301，報警信息：“ ->End position:paletts not clamped in work area->YH71.0/P1:E30.1”（工作區(qū)域內(nèi)工作臺沒有夾緊，檢查工作臺夾緊閥YH71.0或夾緊檢測開關(guān)E30.1）。進(jìn)入手動交換工作臺菜單查看，發(fā)現(xiàn)工作臺并沒有夾緊。據(jù)此分析機(jī)床停運(yùn)是由于機(jī)床等待工作臺交換完成信號，但工作臺未夾緊，該信號始終沒有給出。聯(lián)接計(jì)算機(jī)，下載并監(jiān)控相應(yīng)PLC 程序（圖2），發(fā)現(xiàn)YH71.0 所對應(yīng)的PLC 輸出點(diǎn)Q71.0 始終不為1。在線監(jiān)控PLC 程序，機(jī)床在自動狀態(tài)時PLC中間點(diǎn)M160.5為1，手動狀態(tài)時為0，是工作臺交換處于自動工作狀態(tài)的標(biāo)志位，由此確定自動狀態(tài)下Q71.0的邏輯由程序中第一支路決定。通過跟蹤監(jiān)控PLC 程序發(fā)現(xiàn)在自動交換工作臺時，PLC中間點(diǎn)M169.0為1，但在托盤下降過程中突然變?yōu)?，使托盤下降到位后Q71.0 不能為1。要使M169.0 復(fù)位，只能是PLC中間點(diǎn)M229.0為0或PLC 局域變量“ #TV_F_PAW”為1（圖3），但未監(jiān)控到具體哪一個信號使M169.0 復(fù)位。分析原因是該信號出現(xiàn)時間極短，在計(jì)算機(jī)實(shí)時監(jiān)控畫面，人眼很難捕捉。為此決定采用屏蔽信號的方法，先屏蔽#TV_F_PAW，使用Q25.5（液壓啟動指示燈）的常閉點(diǎn)（液壓啟動后始終為1，避免有意外情況時急停機(jī)床，使屏蔽失效）與#TV_F_PAW 相與（圖3 虛線框），這樣#TV_F_PAW 就不能復(fù)位M169.0 了。

圖2 工作臺夾緊相關(guān)程序

圖3 M169.0 輸出控制程序

設(shè) 備 試 運(yùn) 行，在MDA 方式下自動交換工作臺仍然失敗，表明M229.0的信號有瞬間為1 使M169.0 復(fù)位。查看M229.0的邏輯可知，如果 M229.2為 0，則M229.0 復(fù)位，M229.2 輸出程序見圖4。分前后兩段屏蔽這一回路信號，通過分段屏蔽確認(rèn)后半段信號存在問題（圖4 虛線框），再對后半段每一信號逐個屏蔽，最終確認(rèn)是M256.5 瞬間 斷 開。屏 蔽M256.5 （圖5 虛 線 框），去 掉 屏 蔽#TV_F_PAW的程序，在MDA 方式下交換工作臺仍然不能夾緊，表明#TV_F_PAW 也有瞬間接通現(xiàn)象。分析發(fā)現(xiàn)信號M256.5 是1個NC-STOP（NC 停止）標(biāo)志位，是故障結(jié)果，不是故障原因，即因?yàn)槌霈F(xiàn)故障才使NC 停止，#TV_F_PAW為1 才是M169.0 被復(fù)位的主因。檢查相關(guān)PLC 程序（圖6） 發(fā)現(xiàn)，使#TV_F_PAW為1的信號有10個，監(jiān)控難以直接發(fā)現(xiàn)問題點(diǎn)，仍使用屏蔽信號的方法，先分段屏蔽，縮小范圍后再單個信號屏蔽。經(jīng)過排查，最終發(fā)現(xiàn)信號DB2.DBX209.3 有瞬間接通現(xiàn)象（圖6 虛線框）。

圖4 M229.2 輸出控制程序

圖5 屏蔽M256.5 程序

在西門子840D 數(shù)控系統(tǒng)中，DB2 是報警使用的數(shù)據(jù)塊，查閱DB2 相關(guān)的報警表發(fā)現(xiàn)DB2.DBX209.3 標(biāo)志位對應(yīng)的報警號為A700343，報警信息為“ 機(jī)床不在交換位置”。分析PLC 程序發(fā)現(xiàn)報警標(biāo)志位DB2.DBX209.3 又受控于PLC中間點(diǎn)M162.4（圖7），M162.4為1時 ，DB2.DBX209.3復(fù)位，只有M162.4為0 時才會產(chǎn)生A700343號報警。如果M162.4 信號瞬間斷開又接通，那相應(yīng)的DB2.DBX209.3就會瞬間為1 后立即又為0。

仍在M164.2 輸出控制程序（圖8）應(yīng)用屏蔽信號法，最終確認(rèn)DB10.DBX114.5 是故障點(diǎn)，正常情況下DB10.DBX114.5為0，使用Q25.5 與DB10.DBX114.5的常閉點(diǎn)相或（圖8 虛線框），暫時將其屏蔽，使其信號變化對M162.4 沒有影響，結(jié)果自動交換工作臺成功。

圖6 和局域變量#TV_F_PAW相關(guān)的PLC 程序

圖7 報警標(biāo)志位DB2.DBX209.3程序

在840D 數(shù)控系統(tǒng)中，DB10 數(shù)據(jù)塊是NC與PLC的通信接口，DB10.DBX114.5 是 NC給PLC的信號，由于其瞬間為1，造成自動交換工作臺失敗。查找資料得知DB10.DBX114.5 是1個軸的正向軟超程信號，即在自動交換工作臺時，交換裝置下降過程中Z 軸超程。查看自動交換工作臺時Z 軸的位置是1200.500，該位置 正 是 機(jī) 床 參 數(shù)MD36110 設(shè)定的Z 軸軟超程數(shù)據(jù)。分析認(rèn)為是托盤下降過程中工作臺在 放 到B 軸（B 軸 固 定在Z 軸上） 上時碰動Z軸，使Z 軸位置發(fā)生變化，數(shù)控系統(tǒng)監(jiān)控到這個變化并立即做出反應(yīng)，NC 馬上發(fā)出超程報警，使NC 程序停止。同時在數(shù)控系統(tǒng)作用下，通過伺服系統(tǒng)將Z 軸拉回到正確位置，而且由于報警信號閃現(xiàn)，內(nèi)嵌的PLC 系統(tǒng)因掃描周期原因來不及反應(yīng)，未真正產(chǎn)生報警信息，以致機(jī)床人機(jī)界面沒有顯示報警信息，造成系統(tǒng)等待現(xiàn)象。

圖8 M164.2 輸出控制程序

3.故障處理

分析加工程序，發(fā)現(xiàn)工件加工程序中Z=$AA_SOFTENDP[MA_Z]命令使Z 軸回到極限位置，即系統(tǒng)參數(shù)MD36110 設(shè)定的最遠(yuǎn)端1200.500，工藝加入該指令的目的是讓工作臺在換刀過程中到達(dá)最遠(yuǎn)處，避免工裝與主軸的碰撞，具有保護(hù)作用。由于該指令出現(xiàn)在交換工作臺位置指令之后，因此最后系統(tǒng)執(zhí)行交換工作臺時工作臺的位置就由1200.400（機(jī)床設(shè)定的交換工作臺的位置）變成了1200.500，結(jié)果在交換工作臺時有輕微的碰動導(dǎo)致Z 軸位置超程，超程信號DB10.DBX114.5 瞬間為1。將加工程 序 修 改 為“ Z=$AA_SOFTENDP [MA_Z]-0.1”，Z 軸 只 回 到1200.400，運(yùn)行加工程序，交換工作臺正常。

目前高檔加工中心報警功能完善，機(jī)床發(fā)生故障時，一般都能根據(jù)報警提示排除故障。對于沒有出現(xiàn)報警信息機(jī)床又停止運(yùn)行的故障，就要深入分析數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床PLC 程序，可采用上述屏蔽信號法，在確保設(shè)備安全情況下，用一個恒1或恒0的信號，與懷疑信號相“ 與”或相“或”，暫時將其屏蔽，逐一排除懷疑信號，最終找出故障點(diǎn)。