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2023-06-24
利用PLC实现数控机床故障检测
【摘要】：与PLC有关的故障，应首先确认PLC的运行状态。在正常情况下，PLC应该设为自动启动状态，将相应设置改为自动启动后，机床正常。在PLC正常运行情况下，分析与PLC相关的故障时应先定位不正常的输出结果。如果通过诊断确认运算程序有输出，而PLC的物理接口没有输出，则为硬件接口电路故障，应检查或更换电路板。
10.2.1 与PLC有关的故障特点
PLC在数控机床上起到连接NC与机床的桥梁作用。一方面，它不仅接受NC的控制指令，还要根据机床侧的控制信号，在内部顺序程序的控制下，给机床侧发出控制指令，控制电磁阀、继电器、指示灯，还要将状态信号发送到NC；另一方面，在这大量的开关信号处理过程中，任何一个信号不到位，任何一个执行元件不动作，都会使机床出现故障。在数控机床的维修过程中，这类故障占有较大的比例，掌握用PLC查找故障是很重要的，在本书中用较大篇幅介绍PLC与接口知识也是基于这一点。
与PLC有关的故障，应首先确认PLC的运行状态。例如，一台FANUC-10系统的加工中心，机床通电后，所有外部动作都不能执行（没有输出动作），因为该系统可以调用梯形图编辑功能，在编辑状态PLC是不能执行程序的，也不会有输出，经过检查，系统设定为PLC手动启动状态。在正常情况下，PLC应该设为自动启动状态，将相应设置改为自动启动后，机床正常。还有当PLC因异常原因产生中断，自己不能完成自启动过程，需要通过编程器进行启动，这就要求维修人员维修数控系统前对相应数控系统的运行原理有一定的了解。
在PLC正常运行情况下，分析与PLC相关的故障时应先定位不正常的输出结果。例如，机床进给停止，是因为PLC向系统发出了进给保持的信号；机床润滑报警，是因为PLC输出了润滑监控的状态；换刀中间停止，是因为某一动作的执行元件没有接到PLC的输出信号。定位了不正常的结果，即故障查找的开始，这一点说起来很简单，做起来需要维修人员掌握PLC接口知识，掌握数控机床的一些顺序动作的时序关系。从输出点开始检查系统是否有输出信号，如果有但没执行，则从强电部分的电路图去查；如果该步动作没输出，则检查PLC程序。
大多数有关PLC的故障是外围接口信号故障，PLC在数控系统的执行有它自身的诊断程序，当程序存储错误、硬件错误都会发出相应的报警，所以，在维修时，只要PLC有些部分控制的动作正常，都不应该怀疑PLC程序，因为它毕竟安装调试完成运行了一段时间。如果通过诊断确认运算程序有输出，而PLC的物理接口没有输出，则为硬件接口电路故障，应检查或更换电路板。
硬件故障多于软件故障，例如当程序执行M07（冷却液开），而机床无此动作，大多是由外部信号不满足或执行元件故障，而不是CNC与PLC接口信号的故障。
10.2.2 与PLC有关故障检测的思路和方法
（1）根据故障号诊断故障
数控机床的PLC程序属于机床制造商的二次开发，即制造商根据机床的功能和特点，编制相应的动作顺序以及报警文本，对控制过程进行监控。当出现异常情况时，会发出相应报警。在维修过程中，要充分利用这些信息。
（2）根据动作顺序诊断故障
数控机床上刀具及托盘等装置的自动交换动作都是按照一定的顺序来完成的，因此，观察机械装置的运动过程，比较正常和故障时的情况，就可发现疑点，诊断出故障的原因。
（3）根据控制对象的工作原理诊断故障
数控机床的PLC程序是按照控制对象的工作原理来设计的，可通过对控制对象的工作原理的分析，结合PLC的I/O状态来检查。
（4）根据PLC的I/O状态诊断
数控机床中，输入/输出信号的传递一般都要通过PLC接口来实现，因此，许多故障都会在PLC的I/O接口这个通道反映出来。数控机床的这个特点为故障诊断提供了方便，不用万用表就可以知道信号的状态，但要熟悉有关控制对象的正常状态和故障状态。
（5）通过梯形图诊断故障
根据PLC的梯形图来分析和诊断故障是解决数控机床外围故障的基本方法，用这种方法诊断机床故障，首先应搞清机床的工作原理、动作顺序和连锁关系，然后利用系统的自诊断功能或通过机外编程器，根据PLC梯形图查看相关的输入/输出及标志位的状态，从而确定故障原因。
（6）动态跟踪梯形图诊断故障
有些数控系统带有梯形图监控功能，调出梯形图画面，可以看到I/O点的状态，梯形图执行的动态过程有的需要利用机外编程器，在线状态下监控程序的运行。当有些PLC发生故障时，因过程变化快，查看I/O及标志无法跟踪，此时需要通过PLC动态跟踪，实时观察I/O及标志位状态的瞬间变化，根据PLC的动作原理作出诊断。
要做好用PLC对数控机床故障检测，需注意以下三点：
①机床各组成部分检测开关的安装位置，如加工中心的刀库、机械手和回转工作台，数控车床的旋转刀架和尾架，机床的气、液压系统中的限位开关、接近开关和压力开关等，弄清检测开关作为PLC输入信号的标志。
②执行机构的动作顺序，如液压缸、汽缸的电磁换向阀等，弄清对应的PLC输出信号标志。
③各种条件标志，如启动、停止、限位、夹紧和放松等标志信号，借助必要的诊断功能，必要时用编程器跟踪梯形图的动态变化，搞清故障原因，根据机床的工作原理作出诊断。
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