PLC是各種高性能數(shù)控機(jī)床中不可缺少的控制裝置, 其主要作用是接收CNC發(fā)送過來的M、S、T信息、手動(dòng)/自動(dòng)方式信息、各種使能信息等, 向CNC發(fā)送M、S、T功能的應(yīng)答信息和各坐標(biāo)軸對(duì)應(yīng)的機(jī)床參考點(diǎn)信息等; 同時(shí)PLC還向機(jī)床發(fā)送控制信息, 以控制機(jī)床的執(zhí)行元件, 如電磁鐵、接觸器、繼電器以及各種狀態(tài)指示和故障報(bào)警等; 接收來自機(jī)床的信息, 主要是機(jī)床操作面板輸入信息和其上各種開關(guān)、按鈕等信息, 如機(jī)床起動(dòng)/停止,主軸正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)/停止、切削液開/關(guān)、主軸狀態(tài)監(jiān)視信號(hào)和伺服系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)備信號(hào)等。數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)的大部分故障都是通過PLC裝置檢查出來的, PLC檢測故障的機(jī)理就是通過運(yùn)行機(jī)床廠家為特定機(jī)床編制的PLC梯形圖( 即程序) , 根據(jù)各種輸入、輸出狀態(tài)進(jìn)行邏輯判斷, 如果發(fā)現(xiàn)問題, 在顯示器上產(chǎn)生報(bào)警信息。所以對(duì)一些PLC產(chǎn)生報(bào)警的故障, 或一些沒有報(bào)警的故障, 可以通過分析PLC的梯形圖對(duì)故障進(jìn)行診斷, 利用NC系統(tǒng)的梯圖顯示功能或者機(jī)外編程器在線跟蹤梯形圖的運(yùn)行, 可提高診斷故障的速度和準(zhǔn)確性。下面以實(shí)例說明利用PLC程序診斷數(shù)控機(jī)床故障的方法。

一、故障現(xiàn)象

　　一臺(tái)沈陽第一機(jī)床廠生產(chǎn)的CAK6150Dj ( Fanuc 0iMate- TB系統(tǒng)) 數(shù)控車床出現(xiàn)換刀后不能停止現(xiàn)象: 在MDI方式下, 執(zhí)行換到指令后, 進(jìn)給指示燈不熄, 換刀命令不能結(jié)束, 無報(bào)警; 手動(dòng)方式下, 換刀動(dòng)作亦不能完成。

二、故障診斷過程

　　首先觀察故障現(xiàn)象, 執(zhí)行換刀動(dòng)作后, 刀架能夠按指令命令進(jìn)行換刀, 刀架能正確到達(dá)所指定的刀位, 也能聽見刀架反轉(zhuǎn)鎖緊接觸器動(dòng)作的聲音(打開電氣箱能更準(zhǔn)確地看到接觸器的動(dòng)作) 。延遲一段時(shí)間后, 反轉(zhuǎn)接觸器斷開, 但進(jìn)給指示燈不滅, 指令沒有結(jié)束, 必須按下“復(fù)位”鍵才能中止指令的運(yùn)行。用手搖動(dòng)刀架, 沒有松動(dòng)感覺。

　　觀察故障現(xiàn)象后并不急于立即動(dòng)手解決問題, 而是向操作人員詳細(xì)了解故障發(fā)生時(shí)的情況, 得知故障是在正常關(guān)機(jī)后, 在開機(jī)時(shí)發(fā)生的, 沒有發(fā)生過意外和突發(fā)事件, 沒有對(duì)機(jī)床進(jìn)行急停等緊急斷電操作; 同時(shí)察看報(bào)警信息歷史, 未有異?，F(xiàn)象。綜合可知, 故障是在正常操作下產(chǎn)生的, 不存在緊急動(dòng)作對(duì)系統(tǒng)的沖擊影響。

　　1.利用PLC查找故障點(diǎn)

　　首先要了解Fanuc PMC的相關(guān)信息, 特別是必須知道輸入、輸出端口符號(hào)的含義: X表示機(jī)床向PLC輸入的信號(hào); Y表示PMC向機(jī)床的輸出信號(hào); G表示PMC向CNC的輸出信號(hào); F表示CNC向PMC的輸入信號(hào), 如圖1。

　　由換刀動(dòng)作可知, 刀具已經(jīng)換到位, 也發(fā)出了反轉(zhuǎn)鎖緊信號(hào), 但沒有完成動(dòng)作。在數(shù)控系統(tǒng)中, 換刀動(dòng)作由PLC控制( PLC控制M、S、T功能) , PLC在完成指令動(dòng)作后向CNC反饋一個(gè)完成信號(hào), CNC接到此信號(hào)后, 向PLC發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號(hào), 這樣才能完成一個(gè)指令動(dòng)作。測試其他M、S指令動(dòng)作, 均正常, 也就只是T指令功能存在問題。

　　查看PMC程序, 首先找到PLC向CNC發(fā)出的M、S、T功能完成信號(hào)的輸出端口G4.3, 相關(guān)梯形圖如圖2。

　　其中: R133.0為刀具選通信號(hào), R341.0為主軸功能應(yīng)答延時(shí), R342.0 為G50, R360.0 為M代碼應(yīng)答信號(hào), F7.3 為TCODERESD信號(hào)。與換刀有關(guān)的顯然為R133.0。

　　執(zhí)行換刀指令后, 確認(rèn)R133.0未動(dòng)作。

　　查看R133.0線圈, 相關(guān)梯形圖如圖3:

　　其中: R119.0為刀具功能選通信號(hào), R130.0為刀具相等信號(hào), R131.0為刀號(hào)為0, R132.0為刀號(hào)大于, R134.1為刀具動(dòng)作信號(hào)2, R136.0為反轉(zhuǎn)鎖緊延遲信號(hào)保持, R137.0為正轉(zhuǎn)延時(shí)信號(hào)保持, R138.0為刀具反轉(zhuǎn)延時(shí)信號(hào)保持。

　　執(zhí)行換刀命令, 觀察各觸點(diǎn)的動(dòng)作情況: R119.0動(dòng)作, 然后R130.0、R134.1動(dòng)作, 最后R138.0動(dòng)作。很明顯, 單純的從梯形圖來看, 在R138.0動(dòng)作前, 只有R136.0、R130.0動(dòng)作或者R130.0動(dòng)作、R134.1不動(dòng)這兩種情況下, R133.0線圈才能得電。而根據(jù)已觀察到的情況, R130.0、R134.1都動(dòng)作了, 顯然應(yīng)為第一個(gè)條件, 即R136.0應(yīng)動(dòng)作。另外, 一旦R138.0動(dòng)作后, R133.0就不可能得電。

　　先查看R138.0線圈, 相關(guān)梯形圖如圖4:

　　其中: Y1.1為刀架正轉(zhuǎn), Y1.2為刀架反轉(zhuǎn), F1.1為復(fù)位,R135.2為反轉(zhuǎn)延時(shí)。

　　綜合觀察前后梯形圖, 可知R138.0為一保護(hù)線圈, 反轉(zhuǎn)電擊啟動(dòng)后(Y1.1得電) , R134.1得電, 經(jīng)過延時(shí)( TIM10設(shè)定值為4000) 后, R135.2得電, 使得R138.0得電, R1380.0便將反轉(zhuǎn)線圈Y1.2切斷, 起到保護(hù)作用。R138.0的切斷得得到復(fù)位信號(hào)F1.1( 即按下復(fù)位鍵) 。也就是說, 從刀架反轉(zhuǎn)開始到鎖緊、定位、停止, 整個(gè)過程必須在反轉(zhuǎn)延時(shí)定時(shí)器TIM10所設(shè)定的時(shí)間內(nèi)完成; 一旦在此規(guī)定時(shí)間內(nèi)未完成, 則保護(hù)線圈R138.0啟動(dòng), 切斷反轉(zhuǎn)動(dòng)作。

　　在確認(rèn)了R138.0為保護(hù)線圈后, 在查看R136.0的相關(guān)梯形圖如圖5:

　　由前述動(dòng)作可知, R119.0已經(jīng)動(dòng)作, 顯然R136.0未動(dòng)作是由于R135.3未動(dòng)作而造成。

　　R135.3為反轉(zhuǎn)鎖緊后延時(shí)。

　　查看R135.3線圈, 相關(guān)梯形圖如圖6:

　　觀察: 在準(zhǔn)備狀態(tài)下和換刀過程中, X6.6始終未得電, 而X6.6為刀架鎖緊信號(hào), 當(dāng)?shù)都艿轿? 反向鎖緊之后向系統(tǒng)發(fā)出到位信號(hào)X6.6。

　　至此, 可知在換刀過程中, 刀架到位后, 沒有發(fā)出反向鎖緊信號(hào)( 到位信號(hào)) , 只是保護(hù)電路動(dòng)作, 將反轉(zhuǎn)電機(jī)切斷, 并使進(jìn)給指示燈不滅, 系統(tǒng)必須以復(fù)位方式中止指令的執(zhí)行?？梢源_定, 故障在刀塔處。

　　2.故障排除

　　由于刀架鎖緊信號(hào)X6.6未得電, 所以首先打開刀塔上端的端蓋, 查看鎖緊信號(hào)微動(dòng)開關(guān)情況, 發(fā)現(xiàn)在準(zhǔn)備狀態(tài)下, 微動(dòng)開關(guān)處于未壓狀態(tài), 感覺有疑問。但還是先檢察元件本身是否正常, 手動(dòng)壓下微動(dòng)開關(guān), 觀察PMC梯形圖, 可以看見X6.6輸入繼電器動(dòng)作, 說明元件良好。

　　由刀架動(dòng)作過程分析, 刀架在換刀到位, 反向鎖緊后將壓住鎖緊信號(hào)微動(dòng)開關(guān), 并一直保持此狀態(tài), 在刀架再次進(jìn)行換刀動(dòng)作時(shí)才松開, 此狀態(tài)顯然有問題。再次實(shí)施換刀動(dòng)作, 整個(gè)過程中壓桿無動(dòng)作, 說明刀架未被鎖緊到位。打開刀塔側(cè)面, 看齒輪動(dòng)作情況, 發(fā)現(xiàn)在反轉(zhuǎn)接觸器吸合后, 齒輪沒有反轉(zhuǎn)。

　　分析刀架未到位的可能故障原因: (1) 刀架電機(jī)未進(jìn)行反轉(zhuǎn)鎖緊動(dòng)作; (2) 機(jī)械部分卡死。

　　檢查了反轉(zhuǎn)接觸器和線路, 正常, 再拆下刀架齒輪后, 驗(yàn)證電機(jī)反轉(zhuǎn)正常?？梢? 此故障是由于機(jī)械部分卡死, 造成電機(jī)反轉(zhuǎn)堵轉(zhuǎn), 無法完成鎖緊、定位動(dòng)作的。拆開刀塔后, 發(fā)現(xiàn)定位銷卡死, 有銹跡, 拆開后, 清洗、加油脂, 再裝配好, 換刀,恢復(fù)正常。

三、應(yīng)用PLC程序進(jìn)行數(shù)控機(jī)床故障診斷的步驟

　　PLC程序在診斷、分析數(shù)控系統(tǒng)故障時(shí), 應(yīng)用十分廣泛。其診斷方法及步驟如下:

　　(1) 按PLC報(bào)警號(hào)查閱機(jī)床提供的排除故障手冊(cè), 找到相應(yīng)的PLC程序模塊號(hào)(如PB, FB, SB等)和相應(yīng)的報(bào)警點(diǎn)(如輸入點(diǎn)、輸出點(diǎn)、標(biāo)志位、計(jì)時(shí)器等)。

　　(2) 按查找到的模塊號(hào)或報(bào)警點(diǎn)查找機(jī)床提供的PLC程序, 找到有關(guān)的程序段(SEGMENT)及所有影響報(bào)警點(diǎn)信號(hào)狀態(tài)的程序塊BLOCK。

　　(3) 對(duì)上述BLOCK進(jìn)行信號(hào)邏輯狀態(tài)分析, 力求確定各BLOCK中操作數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)狀態(tài)。

　　(4) 進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)時(shí)診斷。通過操作選擇診斷(DIAGNOSI9)功能, 即可實(shí)時(shí)讀出所需操作數(shù)的信號(hào)狀態(tài)。然后, 將實(shí)時(shí)狀態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)相比較, 若有不同點(diǎn), 則該點(diǎn)是所要搜尋的故障點(diǎn)。

　　(5) 按電氣圖查找故障點(diǎn)對(duì)應(yīng)的故障元件( 可用BW4040- EX等在線測試儀檢測)。

　　(6) 調(diào)整或更換故障元件, 排除故障。

四、結(jié)束語

　　現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)基本都是將PLC技術(shù)、液壓傳動(dòng)技術(shù)等集于一體的機(jī)電裝置, 而CNC與PLC之間則是以一系列接口信號(hào)形式相互通訊聯(lián)接, 以便于把數(shù)控程序變?yōu)镻LC信號(hào)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)動(dòng)作。有些故障是與接口信號(hào)錯(cuò)誤或丟失相關(guān)的,這些接口信號(hào)有的可以在相應(yīng)的接口板和輸入/輸出板上有指示燈顯示,有的可以通過簡單操作在CRT屏幕上顯示,而所有的接口信號(hào)都可以用PLC編程器調(diào)出。這種檢查方法要求維修人員既要熟悉本機(jī)床的接口信號(hào), 又要熟悉PLC編程器的使用方法。