利用PLC實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床故障快速診斷與維修

摘要：當(dāng)今數(shù)控機(jī)床運(yùn)用PLC技術(shù)有了長足的進(jìn)步，尤其在機(jī)械加工行業(yè)，通過運(yùn)用PLC技術(shù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)機(jī)床控制工作系統(tǒng)，不僅有效提高了機(jī)床控制效率，而且直接影響其加工效率，有助于提升數(shù)控機(jī)床運(yùn)行精度及穩(wěn)定性。本文以某工廠數(shù)控機(jī)床PLC運(yùn)用為研究對象，通過系統(tǒng)分析與PLC有關(guān)的故障特點(diǎn)，重點(diǎn)論述了在機(jī)械加工單位使用數(shù)控機(jī)床過程中，與PLC有關(guān)的故障檢測方法，并提出相應(yīng)的維修方法，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;PLC;故障;診斷;維修

中圖分類號(hào)：TG659文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工行業(yè)廣泛使用，PLC在數(shù)控機(jī)床的作用日益顯著，與PLC有關(guān)的機(jī)電故障也隨之增加，與PLC有關(guān)的故障首先應(yīng)確認(rèn)PLC的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)PLC因異常原因產(chǎn)生中斷時(shí)，應(yīng)先根據(jù)PLC報(bào)警將異常情況予以排除，方可利用PLC進(jìn)行其他相關(guān)故障的診斷檢測。

1 與PLC有關(guān)的故障特點(diǎn)

與PLC有關(guān)的故障應(yīng)首先確認(rèn)PLC的運(yùn)行狀態(tài)，例如一臺(tái)配備SIEMENS 802D系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，當(dāng)機(jī)床通電后，沒有輸出動(dòng)作，CRT上顯示報(bào)警號(hào)位400000 PLC 停止1（沒有啟動(dòng)用戶程序），PLC不處于循環(huán)方式，不可能使機(jī)床運(yùn)行，在了解820D數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，由820D編程工具啟動(dòng)，還有PLC因異常原因產(chǎn)生的中斷，例如某802D系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)profibus-dp I/O出錯(cuò)，PLC用戶程序中使用的I/O地址不存在，具體反應(yīng)為PLC停止，經(jīng)檢查profibus連接出錯(cuò)，重新連接profibus線后PLC恢復(fù)正常運(yùn)行。

分析與PLC相關(guān)的故障，先把輸出結(jié)果定位為不正常，然后查找故障。故障查找要求維修人員不僅要熟練掌握PLC接口知識(shí)，而且要非常清晰數(shù)控機(jī)床的一先后時(shí)序關(guān)系。①檢查輸出點(diǎn)是否輸出信號(hào);②若沒有執(zhí)行，檢查強(qiáng)電部分電路圖;③若沒有輸出，檢查PLC程序。

2 與PLC有關(guān)的故障檢測方法

2.1 NC系統(tǒng)故障

2.1.1 ?硬件故障

有時(shí)由于NC系統(tǒng)出現(xiàn)硬件的損壞，使機(jī)床停機(jī)。診斷方法：在了解該數(shù)控系統(tǒng)工作原理及路板功能的基礎(chǔ)上，進(jìn)行現(xiàn)象分析，利用交換法則定位故障點(diǎn)。

2.1.2 軟件故障

由NC系統(tǒng)機(jī)床參數(shù)設(shè)置不當(dāng)、操作不當(dāng)使參數(shù)發(fā)生變化甚至NC系統(tǒng)死循環(huán)，發(fā)生這類故障首先只要重新調(diào)整參數(shù)，試運(yùn)行，若仍有故障，可采用強(qiáng)行啟動(dòng)的方法恢復(fù)系統(tǒng)重新使用。例如，一臺(tái)采用日本發(fā)那科公司 FANUC-OT 系統(tǒng)的數(shù)控車床，每次開機(jī)都發(fā)生死機(jī)現(xiàn)象，任何正常操作都不起作用。后采取強(qiáng)制復(fù)位的方法，將系統(tǒng)內(nèi)存全部清除后，系統(tǒng)恢復(fù)正常，重新輸入機(jī)床參數(shù)后，機(jī)床正常使用。這個(gè)故障就是由于機(jī)床參數(shù)混亂造成的。

2.1.3 ?因其他原因引起的NC系統(tǒng)故障

有時(shí)因供電電源出現(xiàn)問題或緩沖電池失效也會(huì)引起系統(tǒng)故障^[1]。舉例：在正常自動(dòng)加工過程中的西門子某型號(hào)數(shù)控機(jī)床，系統(tǒng)突然掉電。分析原因：測量直流供電電源系統(tǒng)值應(yīng)該為24v，實(shí)際測量只有22v，電壓向下波動(dòng)引起電壓降低，導(dǎo)致NC系統(tǒng)死機(jī)，自動(dòng)斷電。經(jīng)工作人員檢測，原整流變壓器匝間短路，更換變壓器后恢復(fù)正常。

2.2 根據(jù)動(dòng)作順序診斷故障

數(shù)控機(jī)床自動(dòng)交換動(dòng)作（刀具及托盤等裝置）都是有既定順序的，依據(jù)這一特點(diǎn)，便可診斷出機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生的故障原因。

2.3 根據(jù)控制對象的工作原理診斷故障

分析控制對象工作原理，結(jié)合PLCI/O狀態(tài)檢查診斷。

維修事例1：數(shù)控機(jī)床工件夾緊故障

故障現(xiàn)象：沈陽數(shù)控機(jī)床配備SIEMENS 802D系統(tǒng)，當(dāng)腳踏尾座開關(guān)使套筒頂尖頂緊工作時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警。

后尾套筒的PLC輸入開關(guān)如下圖所示：

故障診斷：在系統(tǒng)診斷狀態(tài)下，在CRT上調(diào)出PLC輸入信號(hào)表，發(fā)現(xiàn)I13.3為“1”、I12.4為“1”、I12.5為“0”，壓下腳踏開關(guān)后，查PLC輸出信號(hào)，臺(tái)尾芯前進(jìn)Q8.6為“1”，同時(shí)電磁閥也給電。說明系統(tǒng)正常，分析故障應(yīng)發(fā)生在臺(tái)尾套筒液壓系統(tǒng)。當(dāng)電磁閥YV60得電后，液壓油經(jīng)三位四通電磁閥進(jìn)入套筒液壓缸，使其向前頂緊工件。松開腳踏開關(guān)，套筒退回。手動(dòng)電磁閥，套筒仍不前進(jìn)，說明電器部分無誤，電磁閥損壞致使動(dòng)作不正常，更換電磁閥報(bào)警消除。

2.4 根據(jù)PLC的I/O狀態(tài)診斷故障

數(shù)控機(jī)床通過PLC接口實(shí)現(xiàn)輸入/輸出信號(hào)的傳遞，因此只要熟練掌握相關(guān)控制對象、故障狀態(tài)便可診斷出故障。

維修事例2：大連數(shù)控機(jī)床經(jīng)常出現(xiàn)回參考點(diǎn)故障，在現(xiàn)場判斷時(shí)，X軸回參考點(diǎn)信號(hào)I7.0，Z軸回參考點(diǎn)信號(hào)I7.1。當(dāng)X軸無法返回參考點(diǎn)時(shí)，按下X軸接近開關(guān)，I7.0為“1”說明接近開關(guān)完好，再檢查外圍線路，可省去用萬用表測量接近開關(guān)，直接找到故障原因，Z軸同理。

2.5 通過梯形圖診斷故障

利用PLC的梯形圖分析法首先要掌握機(jī)床工作原理、動(dòng)作順序及連鎖關(guān)系，然后利用系統(tǒng)的自診斷功能，根據(jù)PLC梯形圖查看相關(guān)的輸入/輸出及標(biāo)志位的狀態(tài)，從而確定故障原因。

維修實(shí)例3：沈陽數(shù)控機(jī)床刀盤上電刀架返零故障。根據(jù)刀盤回零原理，首先按下回零按鈕，刀盤伺服放大器發(fā)出信號(hào)I11.1，同時(shí)電磁閥YV41松開。刀盤開始旋轉(zhuǎn)，直到找到1號(hào)刀位，刀盤伺服放大器發(fā)出信號(hào)I11.2，刀盤夾緊。發(fā)生故障時(shí)，在CRT上觀察PLC梯形圖，I11.1刀架到位信號(hào)一直無，查外圍刀盤到位接近開關(guān)及線路均正常，說明刀盤伺服放大器出現(xiàn)異常，用備件調(diào)換故障排除。

3 全方位把控，做好故障檢測

3.1 故障檢測注意事項(xiàng)

首先要了解機(jī)床各檢測開關(guān)的安裝位置;其次要了解執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序;再次了解機(jī)床上各種條件標(biāo)志;最后要對于比較難診斷的事故，運(yùn)用筆記本電腦或相應(yīng)的智能手機(jī)根據(jù)機(jī)床工作原理做出診斷。

3.2 做好數(shù)控機(jī)床設(shè)備的維護(hù)方案

有針對性地制定并落實(shí)好設(shè)備維護(hù)方案。首先，一線生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)必須高度重視生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行與維護(hù)?！肮び破涫拢叵壤淦鳌?，相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)必須加大生產(chǎn)一線數(shù)控機(jī)床設(shè)備的投入與管理。其次，對運(yùn)用PLC技術(shù)施工作業(yè)的機(jī)床設(shè)備在正式運(yùn)用投入生產(chǎn)之前，操作人員必須熟練掌握廠家出具的操作程序，維護(hù)人員對其設(shè)備運(yùn)行指令能夠熟記于心，數(shù)控機(jī)床設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)組織生產(chǎn)與維護(hù)人員進(jìn)行論證，并出具相關(guān)故障分析報(bào)告及維修意見。生產(chǎn)單位應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)及維修人員提出的故障分析報(bào)告及維修意見，制定系統(tǒng)、完善的維護(hù)方案且落實(shí)到位，及時(shí)總結(jié)歸納出常見的設(shè)備故障及維修方法，利用智能多媒體平臺(tái)，實(shí)行實(shí)時(shí)更新，資源共享。形成適用于本單位生產(chǎn)的操作規(guī)章制度。最后，生產(chǎn)單位應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格落實(shí)《操作規(guī)章制度》，對生產(chǎn)范圍內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行動(dòng)態(tài)化監(jiān)控，定期組織一線生產(chǎn)、維護(hù)員工開展技術(shù)比武，從中優(yōu)選出操作技術(shù)好，維修經(jīng)驗(yàn)豐富的一線職工，給予物質(zhì)及精神獎(jiǎng)勵(lì)，推廣他們的先進(jìn)技術(shù)，針對技術(shù)與維修能力比較弱的員工，采用一對一幫扶辦法（技術(shù)好、經(jīng)驗(yàn)豐富的帶操作能力差的新員工），充分利用智能手機(jī)多媒體開展形式多樣的技能培訓(xùn)，整體提高一線工人的技術(shù)水平。值得注意的是，生產(chǎn)期間，運(yùn)用PLC技術(shù)一旦影響到數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行安全，生產(chǎn)單位應(yīng)立即停止作業(yè)，在明確設(shè)備故障后及時(shí)調(diào)整作業(yè)方法，確定設(shè)備運(yùn)行正常并做好安全保護(hù)方案后方可復(fù)工。

總結(jié)

結(jié)合以上三件實(shí)例，系統(tǒng)分析數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修方法，重點(diǎn)是發(fā)現(xiàn)故障，特別是數(shù)控機(jī)床外部故障，要求檢修人員不僅要熟練掌握機(jī)床工作原理及動(dòng)作順序，而且要靈活運(yùn)用廠方提供的PLC梯形圖及梯形圖的鏈鎖關(guān)系，確定故障點(diǎn)，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理、及時(shí)排除。同時(shí)，一線生產(chǎn)單位必須高度重視數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)與維護(hù)，配建數(shù)控機(jī)床檢修專項(xiàng)人員與相關(guān)管理制度，合理制定相應(yīng)的獎(jiǎng)懲措施，提高操作人員的工藝技術(shù)，從根源上減少設(shè)備的維護(hù)和檢修。

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作者：劉記軍（1970年08月06日），男，技師，高中學(xué)歷，數(shù)控機(jī)床維修與管理，籍貫：山西潞城