PLC 梯形圖在數(shù)控系統(tǒng)I/O 接口硬件故障維修的方法研究

黃朝輝

（柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545006）

在企業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)控機(jī)床單機(jī)發(fā)生故障對企業(yè)生產(chǎn)造成影響的形式和種類很多。如果是在自動化生產(chǎn)流水線中發(fā)生故障，將會導(dǎo)致整條生產(chǎn)線的停工，造成的損失將會非常巨大。如果是在某一部分工藝生產(chǎn)的流水線中發(fā)生故障，就會影響該零件的可持續(xù)性生產(chǎn)加工。如果是在整機(jī)關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)中發(fā)生故障，將會影響整機(jī)零部件的裝配工作。如果是在批量生產(chǎn)環(huán)節(jié)的計件生產(chǎn)中發(fā)生故障，將會影響企業(yè)的生產(chǎn)效率和利潤。因此，如何保證數(shù)控機(jī)床高效率的運轉(zhuǎn)，減少故障修復(fù)時間，降低故障修復(fù)費用，減少故障出現(xiàn)的頻率，是企業(yè)維修工作的重點。維修數(shù)控系統(tǒng)外圍部分的故障對企業(yè)一線維修人員來說很容易解決，但是，涉及數(shù)控系統(tǒng)的硬件故障維修就是瓶頸。

1 目前企業(yè)維修數(shù)控系統(tǒng)硬件方法的普遍現(xiàn)狀

目前，數(shù)控用戶維修人員的維修工作基本只涉及數(shù)控機(jī)床的外圍機(jī)械機(jī)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)的軟故障排除，而對于系統(tǒng)的硬件故障通常只能由系統(tǒng)生產(chǎn)廠商采用更換部件的方法來解決，一般用戶維修人員是不用也不大可能對它們進(jìn)行維修的。

由于數(shù)控系統(tǒng)電路板集成度高、線路復(fù)雜，所以大多數(shù)用戶還是采用板級維修，即更換電路插板。但是，由于數(shù)控系統(tǒng)的電路板價格昂貴，因此，用戶要承擔(dān)昂貴的費用，如無備用板可換，再從國外引進(jìn)，停機(jī)等備板的損失也很大。

但是，不管是數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商或機(jī)床生產(chǎn)廠商來到企業(yè)進(jìn)行系統(tǒng)硬件的維修，還是企業(yè)自己把系統(tǒng)硬件發(fā)回機(jī)床生產(chǎn)廠商維修，這個過程耗費的時間都很長。大部分企業(yè)是承受不起的。

2 目前維修數(shù)控系統(tǒng)故障的常用方法

2.1 在線診斷數(shù)控系統(tǒng)硬件故障

CK6420 數(shù)控車床配廣數(shù)980TD 數(shù)控系統(tǒng)，按下水泵鍵后開機(jī)一閃就黑屏。現(xiàn)場確認(rèn)該故障是閃屏，判斷是系統(tǒng)外部短路，問題應(yīng)該出在I/O 板上。用萬用表檢查2803 集成塊，確實有一個被擊穿，更換后開機(jī)正常。這種維修方法需要備件，生產(chǎn)企業(yè)一般沒有備件，而且企業(yè)一線維修人員一般不能勝任這個工作。

2.2 離線診斷數(shù)控系統(tǒng)硬件故障

利用CNC 系統(tǒng)制造廠家專門設(shè)計的診斷軟件進(jìn)行CNC 系統(tǒng)故障測試，通過停機(jī)或脫機(jī)檢查。這樣可把故障縮小到某部分電路、某個功能模塊、某個印制電路板及某個芯片或元件，使得元件進(jìn)行修復(fù)更為方便，故障定位更為準(zhǔn)確。這種方法要求停機(jī)或脫機(jī)，耗費的時間很長，生產(chǎn)企業(yè)等不起。

2.3 PLC 程序法的維修應(yīng)用

目前，使用較多的是PLC 程序法在數(shù)控機(jī)床故障診斷或排除中的應(yīng)用。例如，案例1：開機(jī)時出現(xiàn)硬限位故障，對硬限位梯形圖進(jìn)行了改進(jìn)，故障排除。案例2：一臺SIEMENS810 系統(tǒng)的數(shù)控磨床，開機(jī)后機(jī)床不回參考點，無故障報警顯示，用編程器跟蹤觀察該部分梯形圖，再結(jié)合機(jī)床電氣原理圖，排除故障。

以上的維修方法基本都是局限于數(shù)控機(jī)床的故障診斷或排除。真正通過修改PLC 梯形圖來維修數(shù)控系統(tǒng)硬件故障的很少。

3 PLC 梯形圖在數(shù)控系統(tǒng)I/O 接口硬件故障維修的方法

3.1 維修方法的基本原理

通過修改數(shù)控系統(tǒng)的PLC 梯形圖，使用閑置的I/O 接口引腳替換功能失效的引腳，即對調(diào)引腳功能。通過自己的維修實踐證明，通過修改數(shù)控系統(tǒng)的PLC 梯形圖，使用閑置的I/O 接口引腳替換失效或損壞的引腳，實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)I/O 接口引腳的功能置換，達(dá)到維修數(shù)控系統(tǒng)硬件的目的。

3.2 維修方法的案例分析

故障現(xiàn)象：配置廣數(shù)GSK980TDb 數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控車床上電后主軸就有正轉(zhuǎn)輸出，導(dǎo)致該數(shù)控車床的主軸正轉(zhuǎn)控制功能失效。

故障分析與處理：首先，排查主軸控制電路等外圍線路，發(fā)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的主軸正轉(zhuǎn)I/O 輸出線路有短路現(xiàn)象。排除短路故障后，故障依舊存在。接著，斷開數(shù)控系統(tǒng)的輸出接口（CN62），直接測量數(shù)控系統(tǒng)的主軸正轉(zhuǎn)輸出管腳和+24V 之間有+24V 電壓，說明主軸正轉(zhuǎn)輸出管腳可能被擊穿。然后，打開數(shù)控系統(tǒng)主板查看，發(fā)現(xiàn)輸入輸出I/O 模塊中的ULN2803 集成塊的某一引腳有燒蝕的痕跡，更換新的ULN2803 集成塊，通過檢測發(fā)現(xiàn)故障依舊存在。故障排查維修到這里，已經(jīng)是絕大多數(shù)企業(yè)維修的極限。

因此，只能更換數(shù)控系統(tǒng)或把數(shù)控系統(tǒng)發(fā)給機(jī)床廠家進(jìn)行維修，但是，這會造成數(shù)控機(jī)床停機(jī)，輕者單機(jī)停機(jī)，重者整條生產(chǎn)線停產(chǎn)，而且會耗費企業(yè)很長的時間，對企業(yè)將會造成一定的損失。目前，已經(jīng)診斷出是數(shù)控系統(tǒng)主軸正轉(zhuǎn)的I/O 輸出引腳被擊穿，導(dǎo)致主軸正轉(zhuǎn)功能不能使用。因此，可以使用閑置的I/O 接口輸出引腳替換損壞的引腳，如表1所示。

表1 數(shù)控系統(tǒng)輸出接口（CN62）部分定義表

啟用閑置的尾座進(jìn)（34 號引腳，梯形圖地址是Y0.3，如圖1 所示）替換主軸正轉(zhuǎn)（4 號引腳，梯形圖地址是Y2.5，如圖2 所示）。

圖1 數(shù)控系統(tǒng)廠家設(shè)計的尾座進(jìn)輸出的PLC 梯形圖

即使在數(shù)控系統(tǒng)的PLC 梯形圖里把Y0.3 和Y2.5 的輸出進(jìn)行置換，如圖3、4 所示，用尾座進(jìn)的34 號引腳替換主軸正轉(zhuǎn)的4 號引腳的功能，然后把尾座進(jìn)的34 號引腳的引出線接入主軸正轉(zhuǎn)的控制電路里，主軸正轉(zhuǎn)的4 號引腳引出線斷開做好絕緣處理暫時不用。其他都不用調(diào)整，包括操作面板的按鍵還是使用主軸正轉(zhuǎn)的按鍵控制。這樣快速維修后，恢復(fù)主軸正轉(zhuǎn)控制功能，數(shù)控機(jī)床立即可以投入生產(chǎn)使用。

圖2 數(shù)控系統(tǒng)廠家設(shè)計的主軸正轉(zhuǎn)輸出的PLC 梯形圖

圖3 尾座進(jìn)輸出Y2.5 替換主軸正轉(zhuǎn)輸出Y0.3 的PLC 梯形圖

圖4 主軸正轉(zhuǎn)輸出Y0.3 替換尾座進(jìn)輸出Y2.5 的PLC 梯形圖

這種快速簡單的維修方法，可以在極短的時間內(nèi)恢復(fù)企業(yè)生產(chǎn)，減少數(shù)控機(jī)床的停機(jī)時間，又能等到生產(chǎn)淡季或大檢修的時候再把數(shù)控系統(tǒng)發(fā)給廠家進(jìn)行徹底維修。

4 結(jié)語

通過修改數(shù)控系統(tǒng)PLC 梯形圖來維修數(shù)控系統(tǒng)I/O 接口硬件故障的案例，以此類推，舉一反三，進(jìn)而維修其他類似的I/O 接口的硬件故障。這樣可以快速維修好數(shù)控機(jī)床，使企業(yè)在最短的時間內(nèi)恢復(fù)生產(chǎn)，減少停機(jī)損失。