曹會(huì)騰

（山東輕工職業(yè)學(xué)院，山東 淄博255300）

HNC-21 世紀(jì)星是華中數(shù)控股份有限公司開發(fā)的一款針對HNC-21T 型數(shù)控車床的教學(xué)版，由輸入輸出系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）、伺服驅(qū)動(dòng)單元、可編程控制器（PLC）、電氣控制裝置、位置檢測裝置和機(jī)床本體等組成[1]。

1 HNC-21 世紀(jì)星自動(dòng)換刀電氣原理介紹

HNC-21T 四方刀架自動(dòng)換刀的電氣控制主要涉及三個(gè)方面，第一是電氣控制線路，包括強(qiáng)電回路和控制回路兩部分；第二是和刀架有關(guān)的PMC 參數(shù)，主要為正轉(zhuǎn)延時(shí)時(shí)間T1、換刀超時(shí)時(shí)間T2 和刀架鎖緊時(shí)間T3，參數(shù)的設(shè)置不當(dāng)也會(huì)影響刀架的運(yùn)行；第三是和PLC 有關(guān)的輸入輸出點(diǎn)的設(shè)置，PLC 內(nèi)部軟件輸入輸出點(diǎn)的設(shè)置應(yīng)和硬- 的接線對應(yīng)[2]。HNC-21 世紀(jì)星的換刀過程涉及三方面[3]。第一方面是PLC 的輸入與輸出信號，包括CNC 給PLC 的數(shù)控指令、PLC 通過Y0.3 和Y0.4 口的輸出控制信號、PLC 的輸入的刀架號信號；第二方面是PMC 參數(shù)中T1、T2、T3 的值；第三方面是換刀的電氣控制部分。根據(jù)刀架的控制電路圖可以得到換刀的步驟：

1.1 控制面板上輸入刀號信號和換刀開始信號，數(shù)控系統(tǒng)存儲(chǔ)刀號信號，同時(shí)通過PLC 控制使KA4 繼電器得電，繼而繼電器KA4 中的常開開關(guān)閉合，刀架正轉(zhuǎn)線路導(dǎo)通，接觸器KM1 的線圈得電。

1.2 接觸器線圈得電后，接觸器KM1 的三個(gè)常開開關(guān)閉合，刀架電機(jī)得電，刀架開運(yùn)動(dòng)。

1.3 每更換一個(gè)刀位，刀架內(nèi)部安裝的的霍爾傳感器能夠獲得刀號，通過X1.1～X1.4 傳遞給PLC，然乎進(jìn)行比較傳遞的刀具信號和系統(tǒng)中的信息是否匹配，當(dāng)匹配時(shí)候停止換刀操作。

1.4 當(dāng)換刀時(shí)間小于系統(tǒng)設(shè)定的T2 時(shí)間，同時(shí)刀具信號也沒有超時(shí)，CNC 發(fā)出信號使繼電器K5 閉合；通步驟1.1 至步驟1.3 相似的方式使得刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)鎖死，反轉(zhuǎn)的時(shí)間為T3。

2 刀架故障類型

HNC-21 型號系統(tǒng)刀架相關(guān)的故障類型有多種多樣，同時(shí)也有多種原因，如CNC 故障，PLC 的輸入、輸出的線路故障，刀架的強(qiáng)電控制線路故障，刀架霍爾電氣元器件的故障等，但在解決故障的時(shí)候是從到刀架的異常現(xiàn)象入手，結(jié)合刀架電機(jī)的電氣控制原理、數(shù)據(jù)傳輸過程圖和PMC 的參數(shù)設(shè)定來逐步排除可能的原因。

2.1 故障一 刀架時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)不轉(zhuǎn)

刀架時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)不轉(zhuǎn)的原因有多種，本文采取了二叉樹的方式，從繼電器的發(fā)光二極管是否亮入口，這樣更加直觀的判斷出可能的原因處于電氣控制的那一部分，加快了故障排除的速度。圖1 為刀架時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)不轉(zhuǎn)的故障樹圖。

圖1 刀架時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)不轉(zhuǎn)故障樹

2.1.1 首先觀察繼電器4 的發(fā)光二極管是否發(fā)亮，如果發(fā)亮，則表示信號已經(jīng)到達(dá)了繼電器4，這就節(jié)省了檢查繼電器4之前電路的環(huán)節(jié)；如果二極管不亮說明信號沒有傳遞到，這時(shí)候首先需要檢查PLC 與繼電器4 之間的電路，然后再排除繼電器和電動(dòng)機(jī)之間的電氣問題。2.1.2 發(fā)光二極管不亮的情況下，首先通過萬用表測量繼電器4 的輸入端是否有24V 的電壓輸入，如果有則更換繼電器4，如果沒有表示PLC 與繼電器4 之間存在問題。2.1.3 在步驟2 的基礎(chǔ)上，通過HNC-21 世紀(jì)星的PLC 監(jiān)控界面，查看Y0.3 口是否為高電平。如果是高電平，則需要更換PLC 與輸出板之間的線路，如果為低電平，則檢查繼電器的輸入口是否為Y0.3。如果不是則更改系統(tǒng)設(shè)置進(jìn)行排除故障，如果是則是PLC 或者或者控制面板故障，然后逐個(gè)檢查排除。2.1.4 如果發(fā)光二極管亮，則首先檢查接觸器1 的線圈輸入端是否有電壓。如果沒有電壓，則需要更換線路；如果有電壓，則檢查接觸器1 的輸出三相電壓是否正常，如果不正常，則需要更換接觸器1；如果接觸器的輸出三相電壓正常，則依次檢查電機(jī)UVW 的相序、接觸器與電機(jī)之間的線路問題和電機(jī)這三個(gè)方面。刀架電機(jī)時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)不轉(zhuǎn)是一個(gè)設(shè)計(jì)到多方面，本文提到的故障樹的方式只是提供了一個(gè)指導(dǎo)性的參考。

2.2 故障二 刀架持續(xù)正轉(zhuǎn)，提示換刀超時(shí)

刀架電機(jī)持續(xù)正轉(zhuǎn)，當(dāng)換刀實(shí)踐超過T2 時(shí)會(huì)提示換刀超時(shí)。刀架內(nèi)部裝有1 個(gè)霍爾傳感器，傳感器連接四個(gè)霍爾元件，分別對應(yīng)四個(gè)刀號，在刀架上有一個(gè)磁性元件，磁性元件會(huì)跟隨刀架的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)[5,6]。當(dāng)磁性元件通過霍爾元件時(shí)，會(huì)將對應(yīng)的霍爾元件會(huì)輸出低電平，霍爾傳感器會(huì)將四個(gè)刀具信號電平通過X1.1～X1.4 輸入到PLC 中，PLC 將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺N 中，CN會(huì)依據(jù)電平判斷出刀架當(dāng)前的刀號。刀架持續(xù)正轉(zhuǎn)的故障診斷相對簡單，首先通過系統(tǒng)自帶的發(fā)光二極管能判斷出故障在電氣系統(tǒng)的那一部分。如果發(fā)光二極管亮則表示，信號傳輸?shù)搅薖LC，因此是PLC 或者CNC 內(nèi)部故障；否則的話就是霍爾傳感器故障或者線路故障，線路故障可以通過萬用表確定。詳細(xì)的故障樹如圖2 所示。

圖2 刀架持續(xù)正轉(zhuǎn)故障樹

2.3 故障三 刀架無法鎖緊

刀架正轉(zhuǎn)找刀，反轉(zhuǎn)鎖緊。依據(jù)前面的分析可以得知，在正轉(zhuǎn)完成之后，PLC 通過Y0.4 口發(fā)出信號，通過繼電器5，為接觸器2線圈供電，使電機(jī)反轉(zhuǎn)鎖死。圖3 為刀架無法鎖緊故障樹，首先查看KA5 的發(fā)光二極管是否發(fā)光，發(fā)光表明信號從PLC 傳輸?shù)搅薑A5，然后在檢查KM2 的輸出三相電壓是否正常，如果有輸出電壓正常則是KM2 與刀架電機(jī)之間的動(dòng)力線出現(xiàn)了問題，否則的話就是KM2 內(nèi)部故障或者KM2 與KA5 之間的線路出現(xiàn)故障。KA5 的發(fā)光二極管不亮，則通過PLC 的查看功能查看Y0.4 口的輸出電平，進(jìn)而判斷PLC 與KA5 之間的鏈接線路問題。刀架無法鎖緊還可能與PMC 中的T2 和T3 時(shí)間相關(guān)，需要通過參數(shù)列表進(jìn)行查看。建議T2 設(shè)置為20s，T1 時(shí)間設(shè)置為1s。

2.4 故障四 刀號錯(cuò)誤

系統(tǒng)換刀的結(jié)果和控制面板上的刀號不一致。這種情況往往是由于硬件接線錯(cuò)誤或軟件的設(shè)置問題導(dǎo)致的。1-4 號刀通過刀架上的霍爾傳感器傳輸?shù)絇LC 的X1.1～X1.4 端口，由于軟件設(shè)置或接線過程中的錯(cuò)誤導(dǎo)致的此故障。解決方法有兩種，第一種是在PMC 參數(shù)值中修改對應(yīng)的接口參數(shù)，第二種方法是更換I/O 口的接線端口。

圖3 刀架無法鎖緊故障樹

結(jié)束語

HNC-21 世紀(jì)星的四方刀架故障模式相對較少，故障排除需要在理解刀架電機(jī)強(qiáng)電回路圖、刀架控制原理圖、PMC 參數(shù)、刀具號輸入的PLC 的端口號等基礎(chǔ)上，從PLC 的執(zhí)行器繼電器入手，結(jié)合故障樹，按照步驟進(jìn)行故障排除。