謝鵬，王祚忠，曹昌懷，王虎

( 中國(guó)中車戚墅堰機(jī)車有限公司,江蘇 常州 213011 )

0 引言

隨著數(shù)控技術(shù)在加工制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，數(shù)控設(shè)備故障判斷與維修也越來越重要，熟練掌握數(shù)控設(shè)備故障診斷和維修方法已經(jīng)成為機(jī)電、電氣行業(yè)一線操作者必備的技能之一。

PMC（Programmable Machine Controller）即數(shù)控設(shè)備內(nèi)置式PLC控制技術(shù)，作為數(shù)控設(shè)備的重要組件，在實(shí)現(xiàn)高效自動(dòng)化作業(yè)的同時(shí)，對(duì)大量輸入和輸出信號(hào)邏輯關(guān)系的處理起到了至關(guān)重要的作用，為數(shù)控設(shè)備的故障診斷提供參考。

1 PMC原理與作用

數(shù)控機(jī)床是具有多種方式控制的自動(dòng)化運(yùn)行設(shè)備，主要采用數(shù)字控制和順序控制兩種方式，前者主要對(duì)各坐標(biāo)軸的位置進(jìn)行連續(xù)控制，表現(xiàn)為軸的移動(dòng)距離、插補(bǔ)計(jì)算和補(bǔ)償控制。后者是指數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行過程中，以CNC(Computer numerical control)系統(tǒng)內(nèi)部和各行程開關(guān)、接近開關(guān)、按鈕和繼電器等開關(guān)量信號(hào)狀態(tài)為條件，對(duì)主軸單元實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)控制、換刀及機(jī)械手程序或機(jī)械控制、工作臺(tái)單步或連續(xù)交換、切削液開關(guān)和潤(rùn)滑系統(tǒng)手動(dòng)或自動(dòng)順序控制，這些都需要經(jīng)PMC來實(shí)現(xiàn)。通過對(duì)PMC程序的周期掃描，進(jìn)行數(shù)控設(shè)備系統(tǒng)側(cè)、機(jī)床側(cè)及外圍輔助電氣部分的邏輯順序控制和急?？刂疲话憧蓪?shù)控機(jī)床分為數(shù)控系統(tǒng)側(cè)和機(jī)床設(shè)備側(cè)兩大部分。數(shù)控系統(tǒng)側(cè)包括CNC系統(tǒng)的硬件和軟件，與CNC系統(tǒng)連接的外圍設(shè)備如顯示器（HMI），編輯操作面板（MDI）、手持單元（HHU）等。機(jī)床設(shè)備側(cè)包括機(jī)床機(jī)械部分及其液壓、氣壓、冷卻、潤(rùn)滑、排屑等輔助裝置、繼電器線路、機(jī)床強(qiáng)電線路等。PMC處于數(shù)控系統(tǒng)側(cè)與機(jī)床設(shè)備側(cè)之間，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)側(cè)和機(jī)床設(shè)備側(cè)的輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行處理。

2 常見故障及診斷

根據(jù)電氣維修經(jīng)驗(yàn)判斷，機(jī)床側(cè)的輸入傳感器、PMC輸出中間繼電器、電磁閥等元件是出現(xiàn)故障報(bào)警概率較高的部件。

1）根據(jù)報(bào)警號(hào)診斷故障

FANUC系統(tǒng)的報(bào)警主要分為內(nèi)部報(bào)警和外部報(bào)警，如圖1所示。內(nèi)部報(bào)警是 FANUC系統(tǒng)根據(jù)所控制的對(duì)象，如串行主軸放大器、伺服放大器、數(shù)控系統(tǒng)本體等組件的運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警信息，這類報(bào)警是系統(tǒng)本身所固有的。系統(tǒng)外部故障主要指由誤操作檢測(cè)開關(guān)、液壓元件、氣動(dòng)元件、電氣執(zhí)行元件、機(jī)械裝置等出現(xiàn)問題引起的故障。設(shè)備制造商根據(jù)外部輔助設(shè)備的相關(guān)動(dòng)作，通過PMC程序輸出報(bào)警狀態(tài)和操作信息，借用內(nèi)部地址A0～A249作為信息請(qǐng)求寄存器，產(chǎn)生外部的報(bào)警信息文本。

圖1 FANUC數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部和外部報(bào)警結(jié)構(gòu)

2）觀察PMC狀態(tài)確定信號(hào)變化

外部報(bào)警可通過報(bào)警信息查找故障原因，維修人員可通過報(bào)警信息和PMC梯圖來發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。通過觀察PMC狀態(tài)，判斷開關(guān)量是否已輸入或已輸出，在MDI方式→PMC基本菜單→[PMCDGN]→[STATUS]界面輸入開關(guān)量或直接觀察梯形圖相應(yīng)開關(guān)量的通斷，邏輯為“1”時(shí)表示機(jī)床側(cè)、CNC側(cè)連接正常；為“0”時(shí)則檢查外部電路。數(shù)控機(jī)床中，輸入、輸出信號(hào)的傳遞一般通過PMC接口實(shí)現(xiàn)。因此，大多故障可在PMC的I/O接口通道中得到反映。

3）根據(jù)動(dòng)作順序診斷故障

數(shù)控機(jī)床上自動(dòng)換刀動(dòng)作按一定順序來完成，可觀察機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)過程，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)可疑點(diǎn)，進(jìn)而診斷故障原因。

循環(huán)啟動(dòng)按鈕觸發(fā)后，CNC負(fù)責(zé)并接收G地址信號(hào)，由PMC讀入其地址X信號(hào)，接通G7.2，G7.2輸出為“1”時(shí)，執(zhí)行加工程序。

垂直重力軸制動(dòng)器松開的條件是伺服上電，此時(shí)由CNC給出狀態(tài)信號(hào)F0.6接通，PMC輸出地址Y信號(hào)為“1”時(shí)，制動(dòng)器松開。如因某種原因?qū)е滤欧嚯?，伺服?zhǔn)備就緒信號(hào)F0.6則為“0”，制動(dòng)器抱緊。

4）動(dòng)態(tài)跟蹤梯形圖診斷故障

數(shù)控機(jī)床某些報(bào)警信息并未直接反映出報(bào)警原因，另有一些故障無報(bào)警信息，卻致使動(dòng)作不被執(zhí)行，此時(shí)可通過跟蹤PMC梯形圖的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況診斷。FANUC系統(tǒng)的PMC可直接在系統(tǒng)顯示監(jiān)控畫面。PMC的診斷分動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種，在診斷時(shí)應(yīng)先確定PMC為運(yùn)行狀態(tài)。

靜態(tài)診斷即查看梯形圖I/O模塊的連接狀況和查看PMC各個(gè)信號(hào)的ON/OFF狀態(tài)。動(dòng)態(tài)診斷，是指梯形圖（LADDER）正常運(yùn)行，執(zhí)行動(dòng)作卻不正常；PMC發(fā)生故障報(bào)警時(shí)，出現(xiàn)誤動(dòng)作，查看輸入、輸出信號(hào)均正常，此時(shí)必須通過PMC動(dòng)態(tài)跟蹤，實(shí)時(shí)觀察I/O及標(biāo)志位狀態(tài)的瞬間變化，根據(jù)PMC的動(dòng)作原理做出診斷。

3 PMC故障實(shí)例

以FANUC31 I-MA系統(tǒng)為例，設(shè)備在使用過程中，常見問題為急?；芈饭收?，電源模塊MCC無法吸合，顯示“緊急停止”（EMERGENCY STOP）狀態(tài)。由于急停輸入信號(hào)為固定地址X8.4，故機(jī)床出現(xiàn)急停故障時(shí)，應(yīng)圍繞X8.4和G8.4信號(hào)進(jìn)行分析診斷。

如圖2所示，數(shù)控機(jī)床上CNC與PMC控制器，前者處理連續(xù)量軌跡插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，后者處理開關(guān)量動(dòng)作。急停操作針對(duì)所有動(dòng)作，按下機(jī)床操作面板上的急停按鈕，觸點(diǎn)信號(hào)即被送至伺服放大器和I/O單元，急停信號(hào)決定伺服放大器的主電源是否接通。當(dāng)CNC開機(jī)自檢后，CNC軸卡通過FSSB（FANUC Serial Servo Bus）發(fā)出MCON（Main Contactor ON）信號(hào)至伺服放大器，如沒有急停（CX4端子）和其他報(bào)警，伺服放大器內(nèi)部回路（控制電源）正常，則放大器內(nèi)部觸點(diǎn)CX3閉合，主接觸器MCC線圈得電，主觸點(diǎn)吸合，放大器狀態(tài)指示燈由“--”變更為“00”。同時(shí)，伺服放大器返回應(yīng)答信號(hào)DRDY至CNC，完成伺服上電過程。系統(tǒng)急停狀態(tài)下無法完成送電過程，伺服放大器面板相應(yīng)故障指示燈為“--”。

圖2 FANUC系統(tǒng)急?；芈?/p>

急停硬件故障消除后，觀察PMC運(yùn)行程序如圖3所示，當(dāng)X8.4為“1”時(shí)，PMC梯形圖處理將外部急停輸入傳至CNC，即G8.4為“1”，使伺服準(zhǔn)備就緒信號(hào) F0.6（SA）為“1”，CNC信號(hào)F1.7為“1”，設(shè)備可以正常工作。

圖3 PMC程序中的急?？刂?/p>

4 結(jié)語

綜上，解決數(shù)控設(shè)備故障報(bào)警首先應(yīng)明確故障點(diǎn)大體位置，其次需了解系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理和設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)，查看電氣圖紙找出對(duì)應(yīng)的地址編號(hào)，分析PMC輸入信號(hào)X、輸出信號(hào)Y、CNC輸出信號(hào)G、輸入信號(hào)F的邏輯關(guān)系。由于數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的外圍器件大多與PMC 相聯(lián)系，應(yīng)用數(shù)控系統(tǒng)提供的PMC故障診斷軟件，在成功解決疑難雜癥中的方法中占有較高比率，所以，學(xué)習(xí)并掌握PMC類故障的診斷方法，可提升技能人員的設(shè)備維修效率，有效降低設(shè)備故障停機(jī)時(shí)間。