劉 盛，馬 慧

（中國工程物理研究院機械制造工藝研究所，四川綿陽 621900）

0 引言

慢走絲線切割放電加工機床是以工件為一個電極，以金屬線為另一電極，在兩個電極（正、負(fù)電極）之間加上高頻脈沖電壓，并澆注礦物油、乳化液或者是去離子水等工作液，通過不斷產(chǎn)生的火花放電，使得工件不斷地被燒蝕，同時通過數(shù)控系統(tǒng)控制金屬絲與工件的相對運動，按照所要求的形狀和尺寸對工件進行加工。它能彌補傳統(tǒng)機械加工方法的不足，加工高硬度、高韌性、高強度、高脆性等難加工材料制成的工件，以及精密細(xì)小、形態(tài)復(fù)雜和結(jié)構(gòu)特殊的工件，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車以及模具加工等行業(yè)。北京阿奇夏米爾工業(yè)電子有限責(zé)任公司生產(chǎn)的CA20 浸水式精密數(shù)控慢走絲線切割放電加工機，采用瑞士原裝進口脈沖電源、電機驅(qū)動單元，具有成熟的運絲控制系統(tǒng)，運絲穩(wěn)定且張力恒定[1]。針對該機型1 例系統(tǒng)開關(guān)機奇異故障的診斷與處理進行分析，可為瑞士阿奇夏米爾公司同類產(chǎn)品CUT20 提供參考。

1 故障現(xiàn)象

生產(chǎn)車間一臺CA20 浸水式精密數(shù)控慢走絲線切割放電加工機床正常關(guān)機后，再無法正常開機，其故障前無異常情況，且表現(xiàn)為按開機按鈕，機床HMI PC 操作平臺與CNC PC 無法得電開機，再按關(guān)機按鈕反而HMI PC 操作平臺與CNC PC 得電，開機延時一段時間后又掉電的奇異現(xiàn)象。

2 故障診斷與分析

通過查閱機床維護手冊強電控制功能[2]，如圖1 所示，可知CA20 浸水式精密數(shù)控慢走絲線切割放電加工機床系統(tǒng)開關(guān)機控制功能主要由SUS-B03 強電控制模塊完成，其包含開、關(guān)機繼電控制回路與開、關(guān)機邏輯控制電路。根據(jù)由簡入繁思路依次檢查開、關(guān)機繼電控制回路開機與關(guān)機按鈕、急停按鈕及電纜連接、繼電器等均正常。開、關(guān)機繼電控制原理如圖2 所示，機床主開關(guān)合閘后控制變壓器TC1 副邊繞組輸出一組AC 19 V 電源經(jīng)保險FUS1 到BR1 整流橋AC/DC 變換，K1 繼電器吸合，GL2綠色指示燈點亮，若未按下急停按鈕則K2 繼電器吸合，按下開機按鈕K3 繼電器吸合并自鎖，K4 繼電器、K5 繼電器及主接觸器KM1 同時得電吸合，K6 繼電器則延時得電吸合控制UPS 電源輸出。以上繼電器—接觸器控制過程經(jīng)檢查均正常，故障診斷范圍深入到開關(guān)機邏輯控制電路。

圖1 機床強電控制功能

圖2 開、關(guān)機繼電控制原理

機床系統(tǒng)開、關(guān)機邏輯控制核心是一塊通用陣列可編程邏輯器件（PAL，Programmable Array Logic），其具體型號為GAL16V8D-15LP，開關(guān)機邏輯控制原理如圖3 所示，開機邏輯運算表達式為O5=I3+I5·，正常關(guān)機邏輯運算表達式為O2=，控制開關(guān)機過程簡述如下：

圖3 開關(guān)機邏輯控制原理

（1）開機時，主開關(guān)閉合，按下開機按鈕，K1/K2/K3/K4/K5/K6 繼電器及主接觸器KM1 得電吸合，K6 觸點閉合UPS 被高電平上升沿開啟，輸出220VAC 電源，ACDC1 電源模塊輸出DC5V電源PAL 可編程邏輯器件得電，GL3 指示燈亮，K8 吸合，K6 斷開，因PAL 的I3 輸入為高電平則O5 輸出高電平，K7 吸合后HMI 與CNC PC 開關(guān)電源得電系統(tǒng)開機。

（2）關(guān)機時，按下關(guān)機按鈕，K3/K4/K5 繼電器與主接觸器KM1 失電斷開，因I3 輸入變?yōu)榈碗娖?，I1 與I2 輸入維持高電平則PAL 可編程邏輯器件O2 輸出變低電平形成灌電流，共陽極隔離光耦導(dǎo)通正常停信號傳遞給CNC PC，CNC PC 報告HMI PC 啟動關(guān)機流程，關(guān)機過程HMI PC 將保存加工信息、軸位置信息等各類數(shù)據(jù)，HMI PC 保存完數(shù)據(jù)后關(guān)閉系統(tǒng)，CNC PC 收到HMI PC 的系統(tǒng)關(guān)機信號后輸出數(shù)據(jù)存儲完畢信號給PAL，PAL 使得K9 吸合，K9 觸點閉合時間大于1 s 則UPS 將輸出關(guān)閉，HMI PC、CNC PC、PAL 都掉電，GL3 指示燈滅，K7/K9 失電復(fù)位，完成關(guān)機。

開、關(guān)機繼電控制回路正常，UPS 在按下開機按鈕后正常輸出了AC 220 V 電源，GL3 指示燈亮，但K7 繼電器未得電吸合。而經(jīng)檢測PAL 可編程邏輯器件I3 輸入為高電平正常，可O5輸出為低電平，再按下關(guān)機按鈕后，I3 輸入變?yōu)榈碗娖?，反而O5輸出變高電平，K7 繼電器得電吸合，HMI 與CNC PC 異常得電系統(tǒng)開機，但同時PAL 的O2 輸出由高電平變低電平，正常發(fā)出關(guān)機信號，從而產(chǎn)生系統(tǒng)剛開機又立即執(zhí)行關(guān)機程序。至此可確定為通用陣列可編程邏輯器件GAL16V8D-15LP 損壞，邏輯功能錯誤導(dǎo)致了奇異故障。

3 故障處理

由于邏輯功能錯誤需更換GAL16V8D-15LP 芯片并燒錄邏輯控制程序。GAL16V8D 作為通用的可編程邏輯器件，可選程序開發(fā)軟件較多，如Protel 99 SE、WinCupl 及ABEL，采用Protel 99 SE 中集成的Advanced PLD 99 編輯開發(fā)環(huán)境可支持基于原理圖和基于CUPL 語言的PLD 設(shè)計。而基于原理圖設(shè)計直觀形象、操作簡便，適用于小規(guī)模程序設(shè)計。基于原理圖設(shè)計編輯邏輯控制程序如圖4 所示，編譯輸出JEDEC 格式的下載文件，采用通用編程器燒錄到目標(biāo)器件中即可。最后離線測試正常，再上機測試恢復(fù)設(shè)備運行。

圖4 PAL 邏輯控制原理

4 結(jié)束語

可編程邏輯器件與傳統(tǒng)邏輯器件的主要區(qū)別是它的可編程性，它的邏輯功能是由用戶構(gòu)成的。使用可編程邏輯器件，可以使系統(tǒng)設(shè)計非常靈活，并極大的提高系統(tǒng)的集成度。因此替換損壞可編程邏輯器件相較與傳統(tǒng)邏輯器件，具有更高層次的難度，但掌握其接口定義與控制邏輯，替換仍是可行的，此例故障處理可有一定的借鑒意義。