PLC技術(shù)在數(shù)控機床故障診斷中的應(yīng)用

鄭火勝

摘要：隨著現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的逐步發(fā)展成熟，PLC程序在數(shù)控機

床故障診斷中的應(yīng)用也越來越廣泛，它不僅實現(xiàn)了故障診斷的高效化，而且還有效地降低了維修難度。本文就PLC技術(shù)在數(shù)控機床故障診斷中的應(yīng)用進行了介紹和分析，并提出了相應(yīng)的故障診斷方法。

關(guān)鍵詞：PLC 數(shù)控系統(tǒng) 故障診斷 功能

1 概述

PLC又稱可編程控制器，是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成之一，它實現(xiàn)了自身裝置與數(shù)控系統(tǒng)的一體化，比起傳統(tǒng)的可編程控制器更為高效便捷。PLC既是數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)邏輯控制的重要通道，又是外部邏輯信號進行系統(tǒng)反饋的必經(jīng)之路，在現(xiàn)代數(shù)控機床技術(shù)中發(fā)揮著十分重要的作用。PLC技術(shù)在數(shù)控機床故障診斷中極大地提升了系統(tǒng)的維修效率，節(jié)約了維修成本，對于做好故障維修工作而言意義重大。本文首先簡要闡述了數(shù)控機床PLC的功能，然后列舉了故障的表現(xiàn)方式，最后對數(shù)控機床PLC故障診斷的幾種主要方法作了詳細地介紹。

隨著我國數(shù)字信息化程度的不斷提高，數(shù)控機床技術(shù)作為企業(yè)進行技術(shù)改造的重要手段之一，被廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域當中，極大地推動了我國社會經(jīng)濟的發(fā)展。與此同時，數(shù)控機床系統(tǒng)的自我診斷功能也越來越完善，它可以通過故障的報警信息顯示機床在使用和操作過程中出現(xiàn)的故障。數(shù)控機床操作和維修人員可以根據(jù)系統(tǒng)發(fā)出的故障信號以及警報信息及時處理，以防止故障范圍的進一步擴大，影響系統(tǒng)使用壽命。在數(shù)控機床系統(tǒng)中，系統(tǒng)的每一個操作指令都是由CNN發(fā)出的，系統(tǒng)各部分在接收到指令信息后會做出相應(yīng)動作從而完成整個加工過程。而PLC技術(shù)根據(jù)數(shù)控機床的加工過程中系統(tǒng)各部分運動的先后次序，分析和對比系統(tǒng)的運行情況，最終判斷故障所在位置，以便故障維修人員制定出相應(yīng)的故障處理方案，從而順利解決系統(tǒng)故障。對PLC技術(shù)而言，及時了解和掌握控制對象的基本信息以及工作原理是解決故障的關(guān)鍵，它通過對系統(tǒng)工作狀態(tài)的判斷進一步明確故障所在位置，對癥下藥，迅速排除故障，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運行。本文中主要介紹和分析了PLC技術(shù)在數(shù)控機床故障診斷中的幾種方法。

2 數(shù)控機床PLC的功能

2.1 操作面板的控制。數(shù)控機床操作面板是數(shù)控機床的重要組成部件之一，也是數(shù)控操作人員與系統(tǒng)進行交互聯(lián)系的主要樞紐，它主要包括狀態(tài)燈、顯示裝置以及手持單元等部分。數(shù)控機床的PLC功能包括對操作面板的控制，它借助控制面板的控制信號將數(shù)據(jù)信息傳輸至數(shù)控系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了控制的目的。數(shù)控機床PLC對操作面板的控制主要包括M、S、T三種功能。其中，系統(tǒng)可以借助T功能對刀庫進行管理，從而完成刀具的交換過程。

2.2 機床開關(guān)量信號控制。在對機床開關(guān)量信號進行控制時，PLC先對信號進行邏輯運算，再將運算結(jié)果傳送給控制對象，從而實現(xiàn)控制目的，減輕系統(tǒng)操作負擔(dān)。

2.3 輸出信號控制。PLC通過控制輸出信號實現(xiàn)了對系統(tǒng)主要裝置的操作指示，系統(tǒng)的主要部件可以在輸出信號的指令下完成一系列操作，從而極大地提高了系統(tǒng)的工作效率。

2.4 伺服控制。數(shù)控機床PLC控制功能還包括伺服控制，即通過控制伺服驅(qū)動單元的使能信號實現(xiàn)對刀庫電動機以及伺服電機等的驅(qū)動，并設(shè)置了相應(yīng)的控制指令。

2.5 報警處理控制。PLC接收機床電氣柜、機床和伺服驅(qū)動單元的故障信號，設(shè)置報警標志區(qū)中的響應(yīng)報警標志位。如果有故障，數(shù)控系統(tǒng)顯示報警號及報警文本。

2.6 磁盤驅(qū)動裝置控制。隨著數(shù)控機床系統(tǒng)的不斷更新?lián)Q代，一些計算機軟盤逐漸取代了傳統(tǒng)的光電閱讀機，并借助驅(qū)動裝置對數(shù)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸。

3 數(shù)控車床PLC的故障表現(xiàn)形式

3.1 根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的顯示

一旦數(shù)控機床出現(xiàn)PLC故障，數(shù)控系統(tǒng)顯示通常會表現(xiàn)出以下三種形式：①通過CNC報警可直接找到故障的原因。出現(xiàn)此種情況時，故障維修人員可以根據(jù)有關(guān)報警故障的提示進行分析判斷，一般都能確定故障所在部位及原因。②CNC故障顯示功能正常，但無法找出故障所在位置及原因。③系統(tǒng)存在故障，但數(shù)控系統(tǒng)無法正常顯示。針對后兩種情況，故障維修人員可以應(yīng)用數(shù)控系統(tǒng)的自我診斷功能，借助梯形圖來觀察系統(tǒng)運行狀態(tài)，最終找出故障。這種方法是最常見的數(shù)控系統(tǒng)顯示故障診斷方法。

3.2 根據(jù)PLC輸入/輸出信號

與PLC有關(guān)的信號故障有兩種：

①輸入信號故障。一旦輸出信號無法滿足其輸出條件，就容易出現(xiàn)輸入信號故障，導(dǎo)致PLC運作失靈，影響系統(tǒng)指令的準確運行。為找出故障原因，故障維修人員一般會采用逐條分析實驗的方式來進行，并根據(jù)梯形圖進行信號傳輸分析，最終找出故障所在。

②輸出信號故障。所謂輸出信號故障就是指控制元件和執(zhí)行元件發(fā)生故障，從而造成系統(tǒng)故障，影響系統(tǒng)信號的正常輸出，嚴重時甚至?xí)斐上到y(tǒng)零部件的損壞，減少系統(tǒng)使用壽命。一般情況下，造成輸出信號故障的原因主要為接觸器接觸不良、電磁閥堵塞以及傳送件移位失靈等。

4 數(shù)控機床PLC故障診斷

在數(shù)控機床PLC故障診斷時，最常見的故障診斷方法有以下幾種：

4.1 根據(jù)報警信號診斷故障。目前，大多數(shù)數(shù)控機床系統(tǒng)均具有較為完善的自我故障診斷功能，可以及時發(fā)出故障信號，提醒故障維修人員及時進行維修，并能顯示出完整的故障信息，以作參考。

4.2 根據(jù)動作順序診斷故障。由于在數(shù)控機床系統(tǒng)的運行過程中，機床的刀具以及托盤等重要部件都是按照一定的程序來運行的，因此一旦出現(xiàn)故障這些部件的運行程序也會發(fā)生相應(yīng)的改變。系統(tǒng)維修人員可以將這些改變與正常狀態(tài)進行比對即可發(fā)現(xiàn)故障所在。

4.3 根據(jù)控制對象的工作原理診斷故障。由于數(shù)控機床的PLC程序是根據(jù)控制對象的工作原理設(shè)計的，通過分析控制對象的工作原理，診斷故障時結(jié)合PLC的I/O狀態(tài)是一種行之有效的方法。

4.4 根據(jù)PLC的I/O狀態(tài)信息診斷故障。在日常工作中，數(shù)控機床系統(tǒng)一般通過PLC的輸入/輸出接口來實現(xiàn)數(shù)控機床的輸入/輸出信號的傳輸，因此PLC的I/O接口狀態(tài)可以反映一些故障信息。在維修時，PLC技術(shù)有效地利用了數(shù)控機床系統(tǒng)的這一特性，通過查看PLC的I/O狀態(tài)的方式及時判斷系統(tǒng)狀態(tài)，無需查看相關(guān)梯形圖和電路圖，極大地簡化了故障診斷程序，從而減輕了維修人員的工作量。除此之外，數(shù)控機床PLC還可以根據(jù)系統(tǒng)的輸入/輸出狀態(tài)列表來判斷系統(tǒng)狀態(tài)，確定故障所在部位，并選擇合適的解決方案。這種故障診斷方法高效便捷，符合現(xiàn)代數(shù)控機床技術(shù)的發(fā)展需要，有效地節(jié)省了維修成本。

4.5 通過梯形圖診斷故障。梯形圖診斷法也是一種常用的數(shù)控機床故障診斷方法，它利用PLC的梯形圖來分析和判斷系統(tǒng)的隱形狀態(tài)，找出故障部位，最終進行故障維修。這種故障診斷法通過對數(shù)控機床系統(tǒng)的工作原理以及運行程序進行分析，從而進一步明確了系統(tǒng)各部分間的內(nèi)在聯(lián)系，再利用系統(tǒng)的自我故障診斷功能及時查詢梯形圖中系統(tǒng)的輸入/輸出狀態(tài)，確定系統(tǒng)的故障位置以及給出故障原因。

4.6 動態(tài)跟蹤梯形圖診斷故障。受系統(tǒng)內(nèi)在配置情況的限制，不同數(shù)控機床系統(tǒng)的監(jiān)控方式存在一定的差異，一些數(shù)控系統(tǒng)可利用自身的梯形圖監(jiān)控功能進行故障監(jiān)控，而一些不具備梯形圖監(jiān)控功能的系統(tǒng)則要借助機外編輯器實現(xiàn)在線監(jiān)控，這就影響了數(shù)控機床系統(tǒng)的故障診斷效率。此外，一些PLC在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，由于其故障發(fā)生較為突然，變化迅速，持續(xù)時間長，僅僅依靠梯形圖診斷難以捕捉故障過程。這就要求PLC必須依靠動態(tài)跟蹤來觀察與捕捉故障部位的瞬時變化，以做出科學(xué)診斷，從而明確故障解決方案。

綜上所述，在進行數(shù)控機床PLC故障診斷時，必須注意以下幾個方面：①必須熟悉和了解數(shù)控機床系統(tǒng)各部分的結(jié)構(gòu)特點，明確各開關(guān)裝置的所在位置及功能，同時還要清楚檢測開關(guān)的使用方式及作用，以免出現(xiàn)錯誤操作。②要掌握和熟悉PLC的各種條件標志，并能夠通過梯形圖分析和判斷系統(tǒng)的運行狀態(tài)，明確故障所在位置，并根據(jù)其故障位置的特點選擇合適的解決方案，提高故障處理效率。③準確掌握各運行部位的先后順序，并熟記其相應(yīng)的PLC輸出與輸入信號標志，準確判斷系統(tǒng)運行情況。

除此之外，故障維修人員還要注意做好故障維修記錄，并妥善保管故障維修資料，以便及時查找和翻閱，從而提升故障維修效率和質(zhì)量。當然，故障診斷的方法不是單一的，有時要綜合運用幾種方法進行診斷，以便得到正確的診斷結(jié)果。

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