1 與PLC有關(guān)的故障特點

        （1）大多數(shù)有關(guān)PLC的故障是外圍接口信號故障，所以在維修時，只要PLC有些部分控制的動作正常，都不應(yīng)該懷疑PLC程序。如果通過診斷確認運算程序有輸出，而PLC的物理接口沒有輸出，則為硬件接口電路故障。

        （2）硬件故障多于軟件故障，例如當(dāng)程序執(zhí)行M07（冷卻液開）時，機床無此動作，大多是由外部信號不滿足，或執(zhí)行元件故障，而不是CNC與PLC接口信號的故障。

        2 與PLC有關(guān)故障檢測的思路和方法

         2.1 根據(jù)故障號診斷故障

        數(shù)控機床的PLC程序?qū)儆跈C床廠家的二次開發(fā)，即根據(jù)機床的功能和特點，編制相應(yīng)的動作順序以及報警文本，對過程進行監(jiān)控。當(dāng)出現(xiàn)異常情況，會發(fā)出相應(yīng)報警。在維修過程中，要充分利用這些信息。

         例1：某數(shù)控機床的換刀系統(tǒng)在換刀指令時不動作，機械臂停留在行程中間位置上，CRT顯示報警號。查手冊得知該報警號表示：換刀系統(tǒng)機械臂檢測開關(guān)信號為“0”即“刀庫換刀位置錯誤”。

        根據(jù)報警內(nèi)容，可診斷故障發(fā)生在換刀裝置和刀庫兩部分，由于相應(yīng)的位置檢測開關(guān)無信號送至PLC的輸入口。從而導(dǎo)致機床中斷換刀。造成開關(guān)無信號的原因有兩個：一是由于液壓或機械上的原因造成動作不到位而使開關(guān)得不到感應(yīng)；二是接近開關(guān)失靈。首先檢查刀庫中的接近開關(guān)，用一薄金屬片接近感應(yīng)開關(guān)，以排除接近開關(guān)失靈的可能性。通過檢查發(fā)現(xiàn)開關(guān)正常。因機械臂停留在中間位置，所以兩個信號都為“0”。

         機械裝置檢查：“臂縮回”的動作是由電磁閥YV21控制的，手動該電磁閥，把機械臂退回至“臂縮回”位置，機械恢復(fù)正常。這說明手控電磁閥能使換刀位置定位，從而排除了液壓或機械上的阻滯造成換刀系統(tǒng)不到位的可能性。

         由以上分析可知，PLC的輸入信號正常，輸出動作無誤，問題在操作不當(dāng)或PLC設(shè)置不當(dāng)。《操作手冊》中要求：連續(xù)運行中，兩次換刀間隔時間不得小于30s。經(jīng)過操作觀察，兩次換刀時間間隔小于PLC規(guī)定的要求，從而造成PLC程序執(zhí)行錯誤引起報警。修改了相應(yīng)的程序后，故障排除。

         2.2 根據(jù)動作順序診斷故障

        數(shù)控機床上刀具及托盤等裝置的自動交換動作都是按照一定的順序來完成的，因此，觀察機械裝置的運動過程，比較正常和故障時的情況，就可發(fā)現(xiàn)疑點，診斷出故障的原因。

         例2：某立式加工中心自動換刀故障。

         故障現(xiàn)象：換刀臂平移到位后，無拔刀動作。

         自動換刀控制如圖1所示。ATC的動作起始狀態(tài)是：主軸保持要交換的舊刀，換刀臂在B位置，換刀臂在上部位置，刀庫已將要交換的新刀具定位。自動換刀的順序為：換刀臂左移（B→A）→換刀臂下降（從刀庫拔刀）→換刀臂右移（A→B）→換刀臂上升→換刀臂右移（B→C，抓住主軸中刀具，）→主軸液壓缸下降（松刀）→換刀臂下降（從主軸拔刀）→換刀臂旋轉(zhuǎn)1800（兩刀具交換位置）→換刀臂上升（裝刀）→主軸液壓缸上升（抓刀）→換刀臂左移（C→B）→刀庫轉(zhuǎn)動（找出舊刀具位置）→換刀臂左移（B→A返回舊刀具給刀庫）→換刀臂右移（A→B）→刀庫轉(zhuǎn)動（找下一把刀）。

圖1 自動換刀控制示意圖

         換刀臂平移至C位置時，無拔刀動作，分析原因，有幾種可能：

         （1）SQ2無信號，所以未輸出松刀電磁閥YV2的電壓，主軸仍處于抓刀狀態(tài)，換刀臂不能下移。

         （2）松刀接近開關(guān)SQ4無信號，則換刀臂升降電磁閥YVl狀態(tài)不變，換刀臂不下降。

         （3）電磁閥有故障，給予信號也不動作。逐步檢查，發(fā)現(xiàn)SQ4未發(fā)出信號。進一步對SQ4進行檢查，發(fā)現(xiàn)感應(yīng)間隙過大，導(dǎo)致接近開關(guān)無信號輸出，產(chǎn)生動作障礙。將感應(yīng)間隙δ調(diào)至1 111111，故障消除。

         2.3 根據(jù)控制對象的工作原理診斷故障

          數(shù)控機床的PLC程序是按照控制對象的控制原理來設(shè)計的，通過對控制對象的工作原理的分析，結(jié)合PLC的I/O狀態(tài)來進行檢查。

         例3：數(shù)控車床工件夾緊故障。

         故障現(xiàn)象：該車床配備FANUC一0T系統(tǒng)，當(dāng)腳踏尾座開關(guān)使套筒頂尖頂進工件時，系統(tǒng)產(chǎn)生報警。尾架套簡的示意圖和PLC輸入開關(guān)分別如圖2和圖3所示。

         故障診斷：在系統(tǒng)診斷狀態(tài)下，調(diào)出PLC輸入信號，發(fā)現(xiàn)腳踏開關(guān)輸入X04.2為“1”，尾座套筒轉(zhuǎn)換開關(guān)X17.3為“1”，潤滑油液面開關(guān)X17.6為“1”。調(diào)出PLC輸出信號，當(dāng)腳踏向前開關(guān)時，輸出Y49.0為“1”，同時電磁閥也得電。這說明系統(tǒng)PLC輸入輸出狀態(tài)均正常。因此，尾座套筒液壓系統(tǒng)有問題。

         析圖2：當(dāng)電磁閥YV4.1得電后，液壓油經(jīng)溢流閥、流量控制閥和單向閥進入尾座套筒液壓缸，使其向前頂緊工件。松開腳踏開關(guān)后，電磁換向閥處于中間位置，油路停止供油，由于單向閥的作用，尾座套筒向前時的油壓得到保持。該油壓使壓力繼電器常開觸點接通，在系統(tǒng)PLC輸入信號中X00.2為“1”，但檢查系統(tǒng)PLC輸入信號X00.2為“0”，說明壓力繼電器觸點信號有問題。經(jīng)進一步檢查發(fā)現(xiàn)其觸點開關(guān)損壞，從而造成PLC輸入信號為“0”，系統(tǒng)認為尾座套筒未頂緊而產(chǎn)生報警。更換一新的壓力繼電器后，故障排除。

圖2 尾建控制示意圖

圖3 尾架套筒的PLC輸入開關(guān)

         2.4 根據(jù)PLC的∥o狀態(tài)診斷故障

         數(shù)控機床中，輸入輸出信號的傳遞一般都要通過PLC接口來實現(xiàn)，因此，許多故障都會在PLC的I/0接口這個通道反映出來。數(shù)控機床的這個特點為故障診斷提供了方便，不用萬用表就可以知道信號的狀態(tài)，但要熟悉有關(guān)控制對象的正常狀態(tài)和故障狀態(tài)。

         2.5 通過梯形圖診斷故障

         根據(jù)PLC的梯形圖來分析和診斷故障是解決數(shù)控機床外圍故障的基本方法。用這種方法診斷機床故障，首先應(yīng)搞清機床的工作原理、動作順序和聯(lián)鎖關(guān)系，然后利用系統(tǒng)的自診斷功能或通過機外編程器，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。

         例4：配備SIN810數(shù)控系統(tǒng)的加工中心，出現(xiàn)分度工作臺不分度的故障且無報警。

         根據(jù)工作原理，分度的齒條和齒輪嚙合，這個動作是靠液壓裝置來完成的，由PLC輸出Q1.4控制電磁閥YVl4來執(zhí)行。PLC相關(guān)部分的梯形圖如圖4。

         通過數(shù)控系統(tǒng)的DIAGNOSIS中的“STATUS PLC”軟鍵，實時查看Q1.4的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)其狀態(tài)為“0”；由PLC梯形圖查看F123.0也為“0”，按梯形圖逐個檢查，發(fā)現(xiàn)F105.2為“0”，導(dǎo)致F123.0為“0”；根據(jù)梯形圖查看STATUS PLC中的輸入信號，發(fā)現(xiàn)IlO.2為“0”從而導(dǎo)致F105.2為“0”。19.3、19.4、110.2、IlO.3為4個接近開關(guān)的檢測信號，以檢測齒條和齒輪是否嚙合。分度時，這4個接近開關(guān)都應(yīng)有信號，即都應(yīng)閉合，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)110.2未閉合。處理方法：檢查機械部分確認機械是否到位；檢查接近開關(guān)是否損壞。根據(jù)這個線索繼續(xù)查看，最后發(fā)現(xiàn)反映二、三工位分度頭起始位置檢測開關(guān)19.4、110.2動作不同步，導(dǎo)致了工作臺不旋轉(zhuǎn)。進一步確認為三工位分度頭產(chǎn)生機械錯位。調(diào)整機械裝置，使其與二工位同步后，故障消除。

圖4 故障機床PLc相關(guān)部分梯形圖

         2.6 動態(tài)跟蹤梯形圖診斷故障

         有些數(shù)控系統(tǒng)帶有梯形圖監(jiān)控功能，調(diào)出梯形圖畫面，可以看到輸入輸出點的狀態(tài)。梯形圖執(zhí)行的動態(tài)過程，有的需要機外編程器，在線監(jiān)控程序的運行。當(dāng)有些PLC發(fā)生故障時，因過程變化快，查看L/O及標(biāo)志無法跟蹤。此時需要通過PLC動態(tài)跟蹤，實時觀察I/O及標(biāo)志位狀態(tài)的瞬間變化，根據(jù)PLC的動作原理做出診斷。

         3 結(jié)語

         通過以上思路和實例，要做好用PLC對數(shù)控機床故障檢測須注意以下幾點：

         （1）了解機床各組成部分檢測開關(guān)的安裝位置，如加工中心的刀庫、機械手和回轉(zhuǎn)工作臺，數(shù)控車床的旋轉(zhuǎn)刀架和尾架，機床的氣、液壓系統(tǒng)中的限位開關(guān)、接近開關(guān)和壓力開關(guān)等，弄清檢測開關(guān)作為PLC輸入信號的標(biāo)志。

         （2）了解執(zhí)行機構(gòu)的動作順序，如液壓缸、氣缸的電磁換向閥等，弄清對應(yīng)的PLC輸出信號標(biāo)志。

         （3）了解各種條件標(biāo)志，如起動、停止、限位、夾緊和放松等標(biāo)志信號。

         （4）借助必要的診斷功能，必要時用編程器跟蹤梯形圖的動態(tài)變化，搞清故障原因，根據(jù)機床的工作原理做出診斷。