郭志業(yè)

（中國第一重型機械集團公司設(shè)備維修分公司 黑龍江齊齊哈爾）

一、840D數(shù)控系統(tǒng)PLC控制原理

840D數(shù)控系統(tǒng)采用S7-300系列PLC，PLC的CPU集成在840D的NCU單元中，連接方式為從NCU的simatic端口X111連接到PLC模組的IM361上。

通過STEP7軟件連接到NCU的X122端口上，即可訪問PLC的CPU，進行硬件組態(tài)和PLC編程。在PLC無法啟動的時候，用STEP7軟件連接CPU，讀取CPU故障診斷信息，可以有指向性的發(fā)現(xiàn)PLC的故障根源。

二、PLC無法啟動故障原因分析與實例

1.PLC 程序存在錯誤，編譯無法完成

STEP7的程序語言較復雜，在編程時容易出現(xiàn)邏輯錯誤、程序沖突、文法不對等問題，這些問題下載到CPU內(nèi)時，就容易發(fā)生PLC啟動失敗故障。這類問題一般都發(fā)生在機床調(diào)試時。

一臺意大利產(chǎn)數(shù)控深孔鉆大修時由原來西門子3ME數(shù)控系統(tǒng)改造為840D數(shù)控系統(tǒng)，將提前編制好的PLC程序一次性下載到CPU后發(fā)現(xiàn)CPU工作停止。由于下載程序前，硬件及CPU運行均正常，因此只能是程序錯了。于是先全部屏蔽OB1組織塊中調(diào)用的FC塊、FB塊等，只下載調(diào)用了FC2基本功能塊的OB1組織塊，CPU正常工作，然后，一個一個地恢復調(diào)用的功能塊，發(fā)現(xiàn)編制的FC33塊下載后，CPU又停止工作。于是打開FC33檢查每句話，發(fā)現(xiàn)其中有一句調(diào)用的接口信號沒書寫完全，已有紅字提示，故下載后即引起CPU停止工作。修正錯誤后，故障消除。

根據(jù)以上案例，在大修調(diào)試機床時，還應該一個塊一個塊地下載程序，一次性下載所有程序，容易出現(xiàn)由于PLC程序編制的不合理造成不可預知的情況發(fā)生，給維修帶來麻煩。

2.硬件連接存在問題

IM361與NCU使用的是兩芯屏蔽的Profibus通信電纜進行通信，信號線為紅色、綠色，連接用的插頭是西門子專用的插頭，內(nèi)有標識明確的接線端子。一般來說，按照接線端子接線就不會出現(xiàn)連接問題。但是，不能排除日常使用中線破皮、虛接、斷線等問題的出現(xiàn)。

這種故障發(fā)生是有征兆的，比如機床運動到固定位置引發(fā)PLC停止工作、操縱盤上下左右移動時引發(fā)PLC停止工作等等，這類現(xiàn)象多數(shù)都是插頭松動或者電纜問題引發(fā)的故障。

一臺德國科堡公司生產(chǎn)的Multitec 2000數(shù)控動梁龍門銑床正常工作中，當Y軸開動時，頻繁引發(fā)PLC停止報警，而且，只要報警就是在一個比較固定的位置，前后位移相差約100 mm，因此懷疑是profibus電纜隨Y軸鏈條移動時有破皮或者虛接的情況。檢查電纜，發(fā)現(xiàn)有一處線被擠，用電工刀割開，發(fā)現(xiàn)有一根信號線與屏蔽搭上了，處理完畢后，故障消除。

另外在西門子profibus網(wǎng)絡里，每個profibus插頭帶一個終端電阻，一般在網(wǎng)絡起始和結(jié)尾的插頭處終端電阻設(shè)置為“ON”，在網(wǎng)絡中間的插頭設(shè)置為“OFF”，如果設(shè)置錯誤，也是造成PLC無法工作的原因之一。

3.硬件組態(tài)與硬件實物不符

如果PLC帶了多個從站，每個從站都有自己的地址，每個從站帶一個IM361通信模塊，通信模塊之間用profibus連接，最終連到NCU上。在SETP7中要對這樣復雜的硬件結(jié)構(gòu)做組態(tài)，定義每個模塊的地址。如果硬件組態(tài)與實際硬件的連接無法對應，也會引發(fā)PLC無法啟動。

這種原因引發(fā)的PLC停止也是有征兆的，觀察IM361上的狀態(tài)指示燈，如果紅色報警燈亮，說明該從站的硬件組態(tài)有問題。比如型號不一致、模塊數(shù)量不一致、模塊背后的U形連接器未連接等等都可能造成這個問題。

一臺數(shù)控龍門銑大修改造，該機床帶了一個主站，兩個從站，其中主站地址為1，從站地址分別為2、3，手動配置完硬件組態(tài)并下載后，就發(fā)現(xiàn)主站和3號從站通信模塊上綠色指示燈亮，而2號從站紅燈報警。這說明1、3號站的硬件組態(tài)正確，而2號站的硬件組態(tài)有問題。核對每個模塊的型號、點數(shù)、電壓等級，未發(fā)現(xiàn)與硬件組態(tài)不符的。用PLC在線訪問CPU單元，發(fā)現(xiàn)是2號站的4號槽元件有問題。將該PLC模塊拆下，后面的U形連接器正常，無奈更換了一塊新PLC模塊，故障消除。再仔細觀察該PLC模塊，發(fā)現(xiàn)這是一塊輸出模塊，前面板被換成了輸入模塊的面板，導致怎么檢查也沒發(fā)現(xiàn)問題。

4.PLC輸入點引入強電流或強電壓

PLC模塊具有過壓或過流保護，如果PLC輸入點引入強電流或強電壓，PLC模塊就會停止工作。導致過壓或過流的原因較多，如混線、24 V電源線或PLC信號線接地等。

如果碰到PLC模塊上的指示燈忽明忽暗或者燈亮得特別暗，有可能是過壓或過流了。此時，只要將PLC的前連接器摘下，排除過壓或過流因素，就能看到PLC瞬間啟動。

如果外部信號接地或者24 V電源接地，則需排查各處電源，一點點摘除，最終鎖定故障點。一般來說，正在工作的機床突然PLC停止工作，它會停在發(fā)生故障的狀態(tài)，這時要先詢問操作者發(fā)生故障時哪個軸在運動，然后查隨著該軸移動的電線都有哪些，再順藤摸瓜就不難找到接地點。如果實在不能明確24 V接地的地方，就從端子排一根一根地摘除電源，找到有問題的電源后，送電，在屏幕上讀取各部分狀態(tài)或者讀報警，也能有指向性的發(fā)現(xiàn)故障的根源。

一臺意大利PAMA公司生產(chǎn)SPEEDRAM II型160數(shù)控鏜床，在工作中突然發(fā)生PLC停止故障。現(xiàn)場操作者反映故障發(fā)生時3軸正在聯(lián)動，每個軸都在動，無法確定具體問題在哪個軸上。于是在電柜端子排上摘除電源線，確定了一根電源線有問題。先不接這根電源線，送電，PLC啟動，進入系統(tǒng)界面，發(fā)現(xiàn)有多個報警，全部與Y軸有關(guān)，可以確定這根電源線是去Y軸的，檢查Y軸拖鏈及各部分限位、壓力點等，發(fā)現(xiàn)Y軸正向限位24 V電源線在接線盒處破皮接地，處理后，故障消除。

5.數(shù)據(jù)循環(huán)檢測故障

如果發(fā)生了PLC停止或者PLC無法啟動的故障，上述問題排查后都不能解決，可以懷疑是由于機床長期運行，內(nèi)存緩存內(nèi)冗余數(shù)據(jù)太多，循環(huán)檢測數(shù)據(jù)溢出，導致了故障發(fā)生。此時，可以做PLC總清或者用STEP7軟件做硬件復位來嘗試消除故障。

PLC總清操作步驟如下：

（1）將PLC啟動開關(guān)S4→“2”，此時PS燈會亮；

（2）S4→“3”并保持3 s等到PS燈再次亮，此時PS燈滅了又再亮；

（3）在 3 s之內(nèi)，快速地執(zhí)行下述操作 S4：“2”→“3”→“2”，此時PS燈先閃，后又亮，PF燈亮（有時PF燈不亮）；

（4）等 PS和 PF燈亮了，S4→“0”，此時 PS和 PF燈滅，而PR燈亮。

用STEP7做硬件復位的方法：首先用STEP7軟件訪問PLC的CPU，然后在主菜單上選擇PLC→診斷/設(shè)置→清除/復位，然后按提示操作即可。

做完P(guān)LC總清或者硬件復位后，將提前備份好的PLC程序重新下傳即可。如果做完這項工作后，故障未消除，則應考慮如下第六種原因。

6.硬件故障

沒有不壞的硬件，如果窮盡所有辦法無法解決問題，則更換硬件。作為維修人員，應不定期地備份機床數(shù)據(jù)和程序，在系統(tǒng)內(nèi)和辦公電腦上都留下備份數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)過時或者丟失。