數(shù)控機(jī)床PLC控制的故障診斷

高晶　曲丙政　馬風(fēng)華

摘 要：數(shù)控機(jī)床是電力電子、自動(dòng)化控制、液壓和傳動(dòng)系統(tǒng)等集成的高精密設(shè)備，其故障診斷有機(jī)械和電氣兩部分組成。PLC在數(shù)控系統(tǒng)中是介于數(shù)控裝置與機(jī)床之間，起到連接數(shù)控裝置與機(jī)床的紐帶作用。PLC故障做出快速準(zhǔn)確的判斷診斷，對保證數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定性、降低故障率、縮短維修時(shí)間和提高機(jī)床的使用率對于生產(chǎn)來說有著至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；PLC控制；故障診斷

引言

數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化設(shè)備，它將電力電子、自動(dòng)化控制、液壓和傳動(dòng)系統(tǒng)等集于一身。具有高效、高精和高適應(yīng)性的特點(diǎn)。要發(fā)揮出數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)，就要保證它的開動(dòng)率，這就要求數(shù)控機(jī)床有較高的穩(wěn)定性和可靠性。

數(shù)控機(jī)床故障診斷有機(jī)械和電氣兩大部分組成。機(jī)械部分主要有主軸箱的冷卻潤滑等；導(dǎo)軌副和絲杠絲母副的間隙調(diào)整、潤滑及支承的預(yù)緊；液壓的壓力和流量調(diào)整。電氣部分主要有驅(qū)動(dòng)電路、位置反饋電路、電源及保護(hù)電路和開/關(guān)信號連接電路等。

PLC、數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床三者之間進(jìn)行信息交換，PLC在數(shù)控系統(tǒng)中是介于數(shù)控裝置與機(jī)床之間，它根據(jù)大量離散的輸入信息，在內(nèi)部進(jìn)行邏輯運(yùn)算并完成輸出功能。數(shù)控機(jī)床PLC形式有兩種，外裝型PLC和內(nèi)裝型PLC。PLC在數(shù)控系統(tǒng)中有著重要的作用。

1 數(shù)控機(jī)床PLC的功能

在數(shù)控機(jī)床中，PLC控制機(jī)床各個(gè)軸的連續(xù)的位置移動(dòng)除外，還要對機(jī)床的主軸的啟停、正反轉(zhuǎn)以及加工過程中主軸的冷卻、潤滑等一系列動(dòng)作都需要PLC按照固定的順序控制。輸入輸出信息的按照一定順序控制，輸入信號主要由壓力信號、限位開關(guān)信號和控制開關(guān)信號等組成。輸出信號由接觸器、電磁換向閥和繼電器等組成，同時(shí)還包括主軸驅(qū)動(dòng)和進(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)床均采用PLC來完成上述控制功能，數(shù)控機(jī)床PLC有表現(xiàn)兩種形式：一是采用獨(dú)立的CPU完成PLC的功能，只完成PLC的功能，在CNC外部，稱為外裝型PLC；二是采用數(shù)控系統(tǒng)與PLC合成 CPU的方法，集成在CNC中，稱為內(nèi)裝型PLC。

PLC作為數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)，其功能可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：

1.1 控制數(shù)控系統(tǒng)：機(jī)床操作面板中將控制信號直接送入PLC來實(shí)現(xiàn)。

1.2 輸入信號控制：將硬件的通斷信號傳送入PLC，在PLC程序運(yùn)行后，輸出信號給控制對象。所說的控制對象有機(jī)床的限位開關(guān)、按鈕開關(guān)、接近開關(guān)、壓力繼電器以及溫度傳感器等。

1.3 輸出信號控制：PLC程序運(yùn)行后的信號經(jīng)電柜中的一系列電器元件傳送到機(jī)床側(cè)的液壓元件等裝置控制。除此以外還對液壓泵電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)和油冷機(jī)進(jìn)行控制

1.4 伺服控制：PLC將使能信號傳送給主軸和伺服驅(qū)動(dòng)裝置來滿足伺服驅(qū)動(dòng)的條件。主電機(jī)和各軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)都是靠驅(qū)動(dòng)裝置來運(yùn)行的。

1.5 報(bào)警處理控制：電控柜、機(jī)床的元器件和驅(qū)動(dòng)裝置的故障信號都收集到PLC里，并將報(bào)警區(qū)中的標(biāo)志位置位，在數(shù)控機(jī)床的操作面板上就能顯示報(bào)警文本編輯的報(bào)警信息。

2 PLC故障檢測

2.1 PLC故障的表現(xiàn)形式

當(dāng)機(jī)床PLC出現(xiàn)故障時(shí)，一般通過以下形式表現(xiàn)出來：（1）通過數(shù)控系統(tǒng)報(bào)警信息可以直接顯示。（2）數(shù)控系統(tǒng)的報(bào)警信息有顯示，但并不是故障的真正原因。（3）數(shù)控系統(tǒng)沒有報(bào)警提示。除第1種情況外，可以通過監(jiān)控PLC的梯形圖中每一處的通斷狀態(tài)和PLC硬件I/0狀態(tài)信息來查找故障點(diǎn)、分析故障原因。這是解決數(shù)控機(jī)床電氣故障的最基本、最簡便的方式。

2.2 PLC相關(guān)的故障特點(diǎn)

PLC在數(shù)控系統(tǒng)中是連接NC與數(shù)控機(jī)床的重要紐帶。首先，PLC會(huì)接收NC的控制信號及數(shù)控機(jī)床的控制指令，根據(jù)內(nèi)部程序的邏輯順序給機(jī)床輸出側(cè)發(fā)出控制指令，給繼電器和接觸器信號來控制電磁換向閥、指示燈等，同時(shí)要將狀態(tài)信號發(fā)送給NC。其次，數(shù)控機(jī)床有著大量的數(shù)字開關(guān)信號，在處理過程中，有任意一個(gè)信號未接收到或任意一個(gè)執(zhí)行元件不動(dòng)作，機(jī)床都會(huì)出現(xiàn)故障。在數(shù)控系統(tǒng)維修過程中，這類故障占有極大的比例，檢修人員掌握通過PLC診斷故障的方法極其重要。

在PLC運(yùn)行正常的情況下，分析數(shù)控機(jī)床故障時(shí)，需要先檢查輸出是否正常，檢修過程中需要檢修人員熟練掌握PLC的I/O口的知識以及數(shù)控機(jī)床動(dòng)作的時(shí)序關(guān)系。以輸出點(diǎn)著手，檢查系統(tǒng)是否有輸出信號，如果有輸出信號，機(jī)床沒有動(dòng)作，則檢查PLC外圍的電路。如果有輸入沒有輸出，則查找PLC程序及模塊是否有問題。

一般情況下，PLC故障主要為硬件接口故障。PLC在數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行有自診斷程序，程序存儲(chǔ)和硬件錯(cuò)誤都有報(bào)警顯示，因此在維修過程中，只要PLC程序曾經(jīng)正常使用過，此后都不會(huì)再發(fā)生故障，因?yàn)榘惭b調(diào)試后使用過一階段。如果程序有輸出，PLC外圍接口沒有輸出，則為PLC硬件接口故障，可以檢查或者更換PLC模塊。

3 數(shù)控機(jī)床PLC故障診斷的方法

3.1 根據(jù)報(bào)警信息診斷故障：數(shù)控機(jī)床在安裝的時(shí)候，就已經(jīng)將PLC報(bào)警信息輸入數(shù)控系統(tǒng)。當(dāng)機(jī)床出現(xiàn)故障時(shí)，在操作面板上能夠顯示具體的報(bào)警信息。檢修人員可以根據(jù)提供的數(shù)控機(jī)床的狀態(tài)信息，利用數(shù)控系統(tǒng)提供的狀態(tài)信息，就能夠迅速準(zhǔn)確地診斷故障原因并及時(shí)解決故障。

3.2 根據(jù)控制對象的工作原理診斷故障：數(shù)控機(jī)床的PLC程序按照控制對象的工作原理來設(shè)計(jì)，因此數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)故障時(shí)，可以結(jié)合控制對象的工作原理來分析故障原因。

3.3 根據(jù)PLC的輸入/輸出狀態(tài)診斷故障：數(shù)控系統(tǒng)中，I/O信號的傳遞一般通過PLC的I/O接口來實(shí)現(xiàn)。所以，PLC的I/O接口是故障頻發(fā)的重要部位，并且在I/O通道表現(xiàn)出來。數(shù)控機(jī)床的這種特點(diǎn)為故障診斷提供了方便，一旦數(shù)控系統(tǒng)硬件無故障，PLC梯形圖以及相關(guān)電路圖可以不查看。直接通過輸入/輸出信號狀態(tài)，就可以找出故障點(diǎn)。因此，熟悉相關(guān)控制對象的PLC輸入/輸出接口的正常狀態(tài)和故障狀態(tài)很有必要。

3.4 根據(jù)PLC梯形圖診斷故障：數(shù)控機(jī)床中，使用PLC梯形圖進(jìn)行故障診斷是解決硬件故障的最直接有效的方式。這就要求檢修人員必須掌握機(jī)床的基本工作原理、各部位的動(dòng)作順序和連鎖關(guān)系等相關(guān)知識。通過數(shù)控系統(tǒng)操作面板或者計(jì)算機(jī)來查看PLC梯形圖的標(biāo)志位的瞬時(shí)變化，以此來判斷故障位置及故障原因。

3.5 根據(jù)動(dòng)態(tài)跟蹤PLC梯形圖診斷故障：有些數(shù)控機(jī)床PLC發(fā)生故障時(shí)，查看I/O口及標(biāo)志狀態(tài)的瞬時(shí)狀態(tài)均正常，此時(shí)，必須通過PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，來隨時(shí)觀察I/O口的瞬時(shí)變化，結(jié)合PLC的動(dòng)作原理進(jìn)行故障診斷。

4 結(jié)束語

PLC故障診斷的關(guān)鍵除了掌握PLC模塊的性能和PLC梯形圖原理以外，熟悉機(jī)床的工作原理及執(zhí)行元件的動(dòng)作順序是最基本的。PLC故障診斷在處理數(shù)控機(jī)床電氣部分故障起著至關(guān)重要的作用。

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