唐　靜

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院　江蘇常州　213164)

基于西門子802C的數(shù)控機(jī)床PLC故障診斷與排除

唐靜

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院江蘇常州213164)

摘要：數(shù)控機(jī)床的PLC故障大多數(shù)出現(xiàn)在電氣線路或者電氣元件上，快速診斷和排除其PLC故障可以確保生產(chǎn)率。以基于西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床為例，分析了數(shù)控機(jī)床用PLC的信號傳遞方式，闡述了數(shù)控機(jī)床PLC故障診斷與排除的方法和流程。通過實(shí)際案例的剖析，總結(jié)了快速診斷與排除數(shù)控機(jī)床PLC故障的方法和機(jī)床維修人員所需具備的能力。該方法也為其他數(shù)控機(jī)床PLC故障的診斷與排除提供借鑒和經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：西門子 802C； 可編程控制器； 故障診斷

0引言

隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的使用率日益提高，在使用過程中難免會出現(xiàn)一些故障。通過對數(shù)控機(jī)床的故障維修可知，其PLC故障可能由諸多因素導(dǎo)致，包括機(jī)械因素、電氣因素，以及機(jī)械與電氣兩方面的綜合因素等[1]。電氣方面的PLC故障通過總結(jié)維修經(jīng)驗(yàn)可以快速排除。鑒于西門子802C數(shù)控系統(tǒng)在我國經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中廣泛應(yīng)用，且隨著使用年代已久，出現(xiàn)PLC故障的頻率也較高。本文基于西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，重點(diǎn)總結(jié)其PLC故障的診斷與排除，該方法和經(jīng)驗(yàn)也適用于其他型號或品牌數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床。

1數(shù)控機(jī)床用PLC簡介

數(shù)控機(jī)床用PLC主要實(shí)現(xiàn)開關(guān)量及其邏輯關(guān)系的控制。數(shù)控機(jī)床用PLC有內(nèi)置型和獨(dú)立型兩種類型。內(nèi)置型PLC是指PLC包含在數(shù)控裝置中，PLC與數(shù)控功能模塊間的信號傳送在數(shù)控裝置內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，PLC與機(jī)床間的信號傳送則通過輸入/輸出接口電路實(shí)現(xiàn)。獨(dú)立型PLC又稱通用型PLC，其CPU、系統(tǒng)程序、用戶程序、輸入/輸出電路和通訊等均設(shè)計(jì)成獨(dú)立的模塊[2]。

西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的PLC屬于內(nèi)置型，它是連接數(shù)控裝置和機(jī)床側(cè)的橋梁，并負(fù)責(zé)數(shù)控裝置和機(jī)床側(cè)之間的信號處理。西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的組成和信號傳遞如圖1所示。其中，輸入信號(I)表示接收來自機(jī)床側(cè)的各類按鈕、開關(guān)和傳感器等信號；輸出信號(Q)表示內(nèi)置型PLC程序運(yùn)行的結(jié)果將驅(qū)動(dòng)機(jī)床側(cè)的各個(gè)電動(dòng)機(jī)、閥和其他負(fù)載滿足機(jī)械加工；變量(V)在數(shù)控裝置和內(nèi)置型PLC之間傳遞各類機(jī)床數(shù)據(jù)、報(bào)警信號，以及存放用戶程序執(zhí)行過程中控制邏輯操作的中間結(jié)果等。

圖1　西門子802C數(shù)控系統(tǒng)組成與信號傳遞

2數(shù)控機(jī)床用PLC故障診斷方法

2.1　故障報(bào)警的分類

數(shù)控機(jī)床的故障報(bào)警主要包括CNC報(bào)警和PLC報(bào)警兩種類型。其中，CNC報(bào)警是由數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家固化的，具體的診斷和處理方法可以查找專用的報(bào)警說明。PLC報(bào)警是由機(jī)床制造企業(yè)根據(jù)機(jī)床的電氣控制特點(diǎn)和PLC程序的邏輯關(guān)系，將一些能夠反映機(jī)床接口電氣控制等的故障或操作信息，以特定的報(bào)警號和文字顯示在數(shù)控屏幕上。西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的報(bào)警分類及實(shí)例說明如表1所示，其中報(bào)警號700023對應(yīng)變量V16000002.7，通過數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的某段PLC子程序激活顯示。

表1　報(bào)警分類及實(shí)例說明

對于一般的數(shù)控機(jī)床而言，其故障自診斷功能都不夠完善。當(dāng)出現(xiàn)PLC故障報(bào)警時(shí)，有的故障根據(jù)報(bào)警信息可以準(zhǔn)確定位排除(如西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的700023報(bào)警)，而有的故障則需要借助一定的方法和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步縮小故障范圍來排除。

2.2　PLC故障診斷的方法

數(shù)控機(jī)床用PLC故障大多出現(xiàn)在輸入電路或者輸出電路中。一般數(shù)控機(jī)床的故障診斷功能都不夠完善，報(bào)警信息只能指出故障的大致部位，機(jī)床維修人員還需要掌握一定的故障診斷與排除方法[3]。通過總結(jié)維修數(shù)控機(jī)床故障的經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)一般數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)PLC報(bào)警時(shí)，可以根據(jù)圖2所示的流程圖來進(jìn)一步診斷與排除故障。

圖2　數(shù)控機(jī)床PLC故障診斷流程圖

首先，通過數(shù)控系統(tǒng)查看報(bào)警號對應(yīng)的報(bào)警信息。報(bào)警信息定位準(zhǔn)確的，可以直接排除。報(bào)警信息定位不夠準(zhǔn)確的，通過以下步驟先縮小故障范圍然后進(jìn)一步排除。

其次，理解數(shù)控機(jī)床的電氣控制圖，重點(diǎn)是熟悉各個(gè)輸入接口電路和輸出接口電路，因?yàn)閿?shù)控機(jī)床PLC方面的故障大多出現(xiàn)在輸入電路或者輸出電路中。

再次，打開數(shù)控系統(tǒng)的PLC狀態(tài)界面，動(dòng)態(tài)監(jiān)控相關(guān)的輸入信號地址或者輸出信號地址。如果輸入信號地址不正常，那么先檢查數(shù)控機(jī)床相關(guān)的輸入接口電路。如果輸入接口電路有故障，則及時(shí)排除輸入接口電路的故障。否則，檢查數(shù)控機(jī)床上安裝的相關(guān)輸入信號元件(如限位開關(guān)、檢測傳感器等)，已損壞的輸入元件可以直接更換以確保生產(chǎn)率。如果輸入信號都正常，那么動(dòng)態(tài)監(jiān)控相關(guān)的輸出信號地址并檢測相關(guān)輸出接口電路。如果相關(guān)的輸出接口電路有故障，則及時(shí)排除輸出接口電路的故障。否則，再檢測相關(guān)的輸出元件(如中間繼電器、閥等)，更換或者修復(fù)已損壞的輸出元件。

最后，重新運(yùn)行數(shù)控機(jī)床，查看PLC故障是否已經(jīng)被排除。

基于西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，可以通過操作面板上的藍(lán)色軟鍵[診斷]—[調(diào)試]—[PLC狀態(tài)]，打開PLC狀態(tài)監(jiān)控界面。輸入需要監(jiān)測的信號地址，如IB0、IB1和QB0，西門子802C數(shù)控系統(tǒng)將很快地顯示各個(gè)地址對應(yīng)的狀態(tài)值，如圖3所示。操作數(shù)控機(jī)床的操作面板，如按下手動(dòng)進(jìn)給鍵、換刀鍵等，還可以動(dòng)態(tài)監(jiān)測相關(guān)地址的狀態(tài)值。根據(jù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測到的狀態(tài)值，機(jī)床維修人員可以縮小故障范圍，盡快找到故障原因。

圖3　西門子802C數(shù)控系統(tǒng)PLC狀態(tài)監(jiān)控界面

3數(shù)控機(jī)床PLC故障診斷與排除實(shí)例

基于Siemens、FANUC等品牌數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，其PLC故障診斷與排除的方法均可參考圖2所示的流程圖。下面以基于西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的某型號數(shù)控車床為實(shí)例，說明PLC故障診斷與排除的方法和流程。

3.1　故障現(xiàn)象

基于西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的某CK6136A數(shù)控車床，輸入“T02；”指令后，該車床的四方刀架一直不停地旋轉(zhuǎn)，直到出現(xiàn)700024的報(bào)警號，不能正確地完成換刀。

3.2　故障診斷與排除

首先，通過西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床操作面板查看報(bào)警號對應(yīng)的報(bào)警信息。700024報(bào)警號對應(yīng)的報(bào)警信息是“不能在監(jiān)控時(shí)間內(nèi)找到目標(biāo)刀具”。出現(xiàn)這個(gè)報(bào)警信息的原因有多種，可能是監(jiān)控時(shí)間的設(shè)定問題、輸入電路的檢測故障、輸出電路的控制故障等。排除監(jiān)控時(shí)間的設(shè)定問題后，下面需要進(jìn)一步縮小故障范圍。

其次，查看該數(shù)控車床刀架系統(tǒng)的輸入接口電路，如圖4所示。先明確四方刀架四個(gè)刀位的輸入信號地址是I1.0至I1.3，再在西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的PLC狀態(tài)監(jiān)控界面輸入地址IB1并檢查I1.0至I1.3的值，I1.0至I1.3的當(dāng)前狀態(tài)值是“1111”，狀態(tài)值顯示不正常，表明數(shù)控系統(tǒng)檢測不到刀位。

圖4　刀架系統(tǒng)輸入接口電路

再次，手動(dòng)將四方刀架的刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)鎖緊，進(jìn)一步查看I1.0至I1.3輸入信號地址的I/O狀態(tài)值。在I/O狀態(tài)表界面，按下西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的手動(dòng)換刀鍵K4，四方刀架能夠完成抬起、正轉(zhuǎn)換刀至下一個(gè)刀位(3號刀位)和反轉(zhuǎn)鎖緊；繼續(xù)按下手動(dòng)換刀鍵K4，能實(shí)現(xiàn)4號和1號刀位的換刀，同時(shí)將PLC的動(dòng)態(tài)的I/O狀態(tài)值記錄下來，如表2所示。

表2　刀架輸入信號狀態(tài)診斷表

接著，分析表2的狀態(tài)值，可以確定2號刀位霍

爾傳感器的輸入信號無法正確輸入給PLC。通過萬用表檢測由2號刀位霍爾傳感器到中間繼電器KA10的輸入接口電路是否有故障，如果輸入接口電路出現(xiàn)斷路等故障，可以快速修復(fù)。檢測結(jié)果是輸入接口電路沒有故障，最后故障點(diǎn)鎖定在檢測2號刀位的霍爾傳感器上。為了快速排除故障，直接更換2號刀位霍爾傳感器。

最后，運(yùn)行該CK6136A數(shù)控車床，再次輸入“T02；”指令，四方刀架能正確換至2號刀位，該P(yáng)LC故障已排除。

4結(jié)束語

對一般的數(shù)控機(jī)床而言，其PLC故障的診斷與排除，主要是根據(jù)機(jī)床操作或者數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行加工指令來檢查PLC相關(guān)的輸入信號和輸出信號狀態(tài)，來判斷電氣接線或強(qiáng)電回路中的各個(gè)按鈕、開關(guān)、傳感器、繼電器、閥等的故障[4]。通過以上對數(shù)控機(jī)床PLC故障診斷方法的總結(jié)和常見故障的分析與處理，機(jī)床維修人員要達(dá)到快速診斷與排除數(shù)控機(jī)床PLC故障的目的，需要做到以下四點(diǎn)：第一，能夠識讀數(shù)控機(jī)床輸入接口和輸出接口的電氣控制圖；第二，熟悉數(shù)控機(jī)床中各個(gè)限位開關(guān)、檢測傳感器的實(shí)際安裝位置，以及對應(yīng)的PLC輸入信號的地址；熟悉數(shù)控機(jī)床各個(gè)中間繼電器、閥等的實(shí)際安裝位置，以及對應(yīng)的PLC輸出信號的地址；第三，能夠讀懂?dāng)?shù)控系統(tǒng)內(nèi)的PLC控制程序，熟悉數(shù)控機(jī)床各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序，以及各個(gè)控制功能之間的聯(lián)鎖條件；第四，利用數(shù)控系統(tǒng)的自診斷功能，能夠靈活操作數(shù)控系統(tǒng)的界面，實(shí)時(shí)監(jiān)控相關(guān)I/O地址的狀態(tài)值或PLC梯形圖的運(yùn)行情況，進(jìn)一步縮小故障范圍、明確故障原因，盡快完成故障診斷與排除。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2015-05-05

作者簡介：唐靜(1981-)，女，講師、工程師，碩士，主要研究方向：數(shù)控技術(shù)應(yīng)用、機(jī)電一體化

中圖分類號：TG 659

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1672-2434(2015)04-0027-03

Fault Diagnosis and Elimination of CNC Machine
Tools' PLC Based on Sinumerik 802C

TANG Jing

(School of Mechanical and Electrical Engineering, Changzhou College of Information Technology, Changzhou 213164, China)

Abstract：The vast majority of PLC failures of the CNC machine tools occur on the input or output interface circuits or their electrical components. Productivity can be ensured through rapid diagnosis and troubleshooting. Take Sinumerik 802C CNC as an example, this paper analyzes the role of signal transmission of PLC used in CNC machine tools, expounds the fault diagnosis and elimination method and process of it. The methods of fast fault diagnosis and eliminate of PLC and the ability of maintenance personnel needed are summarized through the actual case. The methods can provide reference for PLC fault diagnosis and eliminate of other CNC machine tools.

Key words：Sinumerik 802C； PLC； fault diagnosis