0 引言

　　在數(shù)控機床上，包括兩種控制方式，一種是對各運動坐標軸位置進行連續(xù)控制，另一種需對刀庫及機械手換刀、主軸正反轉(zhuǎn)、工件夾緊松開、工作臺交換、冷卻和潤滑、排屑等輔助動作進行順序動作控制。現(xiàn)代數(shù)控機床上采用可編程控制器(PLC)來完成上述順序控制功能。PLC位于數(shù)控裝置(CNC)與機床(MT)的中間位置，它接受從數(shù)控裝置發(fā)出的控制指令，依據(jù)機床側的控制信號狀態(tài)，在內(nèi)部PLC程序的控制下，給MT側發(fā)出控制指令，控制執(zhí)行機構動作，同時將狀態(tài)信號發(fā)送給CNC。這些開關量信號在處理過程中，任何一個信號不到位，或任何一個執(zhí)行元件不動作，都會引發(fā)故障。因此，利用PLC對I/O故障進行診斷與排除對于提高數(shù)控設備的生產(chǎn)率，有效延長機床無故障運行時間是非常重要的。

1 FANUC 0系統(tǒng)數(shù)控機床上PLC與外部信息的交換

　　FAUNC0系統(tǒng)是1985年日本FANUC公司推進的中檔系列數(shù)控機床，因此它與適用于中、大型的系統(tǒng)10、11、12一起組成了這一時期的全新系列產(chǎn)品。在硬件組成以最少的元件數(shù)量發(fā)揮最高的效能為宗旨，采用了最新型高速高集成度處理器，以彩色圖形顯示、會話菜單式編程、專用宏功能、多種語言顯示、目錄返回功能為主要特點。推出以來，得到了用戶的高度評價，成為加工制造企業(yè)現(xiàn)場使用最多的數(shù)控系統(tǒng)之一。FANUC 0系統(tǒng)自帶一個內(nèi)裝型PLC和機外編程器，可直接查看和編輯PLC程序及標志位狀態(tài)，通過數(shù)控系統(tǒng)的I/O接口板與機床外部信號進行信息交換。

　　在數(shù)控機床上，可編程控制器(PLC)、控制系統(tǒng)(CNC)和機床(MT)之間的信息交換包括如下四部分．

圖1 PLC與機床、系統(tǒng)之間的信息交換

　　1)MT至PLC：機床側的開關量信號通過I/O單元接口輸入到PLC中，除少數(shù)信號外，絕大多數(shù)信號的含義及所占用PLC的地址均可由PLC編程人員自行定義。在FANUC0系統(tǒng)中，機床側到PLC的輸入信號用x表示， 內(nèi)裝I/O的地址從X1000開始，而I/O LINK的地址是從X0開始的。這些信號主要包括MT側的傳感器信號、操作面板上控制開關信號、限位開關信號、溫控開關、接近開關等，將機床的狀態(tài)信號輸入PLC輸入映像寄存器中保存。

　　2)PLC至MT：PLC控制機床的信號通過PLC的開關量輸出接口送到機床側，所有開關量輸出信號的含義及所占用PLC的地址可也由PLC程序設計者自行定義。在FANUC0系統(tǒng)中，PLC到機床側的輸出信號用Y表示，內(nèi)裝I/O的地址從Y1000開始，而I/O LINK的地址是從Y0開始的。這些輸出的信號經(jīng)強電柜中的繼電器、接觸器等器件，通過MT側的液壓閥或氣動閥，對刀庫和回轉(zhuǎn)工作臺等輔助裝置進行控制，還對冷卻泵電動機、潤滑泵電動機及電磁制動器的動作等進行控制。

　　3)CNC至PLC：CNC輸送到PLC的信息可由CNC直接輸送到PLC的寄存器中，所有CNC送至PLC的信號含義和地址均由CNC廠家確定，PLC編程者只可使用不可改變和增刪。在FANUC0系統(tǒng)中，CNC到PLC的輸入信號用F表示，數(shù)控系統(tǒng)將伺服電機、主軸電動機的狀態(tài)以及請求相關機床動作的信號(如移動中信號、位置檢測信號、系統(tǒng)準備完成信號等)，反饋到PLC進行邏輯運算，作為機床動作的條件及進行自診斷的依據(jù)，比如CNC準備好信號(機床就緒)、伺服準備好信號(SVM—ON)、控制單元報警信號等，地址分配從F0開始。在梯形圖語言中，只能有其觸點而不能有其線圈。

　　4)PLC至CNC：PLC輸送到CNC的信息同樣由開關量信號或寄存器完成，所有PLC送至CNC的信號地址與含義由CNC廠家確定，PLC編程人員只可使用，不可修改和增刪。在FANUC0系統(tǒng)中，CNC到PLC的輸入信號用G表示，PLC經(jīng)過內(nèi)部順序程序的邏輯運算，對數(shù)控系統(tǒng)部分進行控制，比如系統(tǒng)急停信號、進給保持信號等，PLC還收集機床側、強電柜、交流伺服裝置的故障信息，數(shù)控系統(tǒng)才能顯示故障信息和故障文本，幫助維修人員利用系統(tǒng)自診斷進行故障排查，其信號地址從G0開始。在梯形圖語言中，既可以是觸點也可以用其線圈。

2 數(shù)控機床PLG故障診斷的常用方法

　　1)根據(jù)報警號診斷故障。數(shù)控機床上的PLC程序依據(jù)機床的功能和特點，編制相應的動作順序以及報警文本，對控制過程進行監(jiān)控。當出現(xiàn)異常時，發(fā)出報警。在維修過程中，要充分利用這些報警號和報警文本。

　　2)根據(jù)動作順序診斷故障。數(shù)控機床上的輔助動作都是按照一定的順序來完成的，因此，通過比較機械結構在正常時和故障時運動過程中的不同點，就可以幫助維修人員診斷出故障的可能原因。

　　3)根據(jù)控制對象的控制原理診斷故障。通過對控制對象的工作原理的分析，結合數(shù)控機床上PLCI/O點的不同狀態(tài)來進行檢查。

　　4)根據(jù)PLC的I/O狀態(tài)診斷故障。諸多故障都可以在PLC的I/O接口這個通道上反映出來。依據(jù)有關控制對象的正常狀態(tài)和異常狀態(tài)，就可判斷故障位置。

　　5)通過PLC梯形圖診斷故障。依據(jù)PLC梯形圖來分析和診斷故障是解決數(shù)控機床外圍故障的基本方法。在使用這種方法之前，應通過圖紙和程序弄清機床的工作原理、動作次序和連鎖關系，再利用系統(tǒng)的PLC自診斷功能，依據(jù)梯形圖查看相關的I/O以及標志位的狀態(tài)來診斷故障。

　　6)動態(tài)跟蹤梯形圖診斷故障。FAUNC數(shù)控系統(tǒng)自身帶有梯形圖監(jiān)控功能， 因此只需調(diào)出PLC梯形圖監(jiān)控畫面，就可以查看I/O點此時的狀態(tài)。若信號變化過快，需調(diào)用PLC動態(tài)跟蹤功能，實時觀察I/O點及標志位狀態(tài)的瞬間變化，依據(jù)PLC的控制原理做出診斷。

3 FAUNC 0系統(tǒng)PLC各畫面的系統(tǒng)操作與使用

　　在進行PLC故障診斷時，需要在各操作畫面之間進行靈活切換，從而確定PLC各輸入/輸出的狀態(tài)、梯形圖的運行情況以及報警內(nèi)容等，只要掌握了這些信息，就可以幫助維修人員提高診斷效率，盡快排除PLC故障。

　　3.1 FAUNG 0系統(tǒng)PLG維護畫面的操作與使用

　　首先按SYSTEM 鍵進入系統(tǒng)參數(shù)畫面，再連續(xù)按向右擴展菜單三次進入PLC操作畫面，按PMCMNT鍵進入PLC維護畫面。

　　PLC診斷與維護畫面可以進行監(jiān)控PLC的信號狀態(tài)監(jiān)控、確認PLC 的報警、設定和顯示可變定時器、顯示和設定計數(shù)器值、設定和顯示保持繼電器、設定和顯示數(shù)據(jù)表、輸入/輸出數(shù)據(jù)、顯示I/O link連接狀態(tài)、信號跟蹤等功能。

　　3.2 FAUNC 0系統(tǒng)PLC梯形圖監(jiān)控與編輯畫面的操作與使用

　　在PLC操作界面下，按PMCLAD鍵進入PLC梯形圖狀態(tài)畫面。進入此畫面可以進行梯形圖的編輯與監(jiān)控以及梯形圖雙線圈的檢查等內(nèi)容。

　　列表畫面主要是顯示梯形圖的結構等內(nèi)容，在SP區(qū)選擇梯形圖文件后，進入梯形圖畫面就可以顯示梯形圖的監(jiān)控畫面，在這個圖中就可以觀察梯形圖各狀態(tài)的情況，在編輯狀態(tài)下，可進行梯形圖程序的修改與編寫。在雙線圈畫面可以檢查梯形圖中是否有雙線圈輸出的梯形圖，幫助編程者發(fā)現(xiàn)程序邏輯錯誤。

　　3.3 FAUNC 0系統(tǒng)PLC梯形圖配置畫面的操作與使用

　　在PLC操作界面下，按PMCCNF鍵進入PLC構成畫面，梯形圖配置畫面可以分為標頭、設定、PLC狀態(tài)、SYS參數(shù)、模塊、符號、信息、在線和一個操作軟鍵。在此畫面下，可顯示PLC程序信息、程序中設定內(nèi)容、顯示和編輯PMC系統(tǒng)參數(shù)、I/O模塊的地址表、PMC程序中用到的符號的地址與注釋及報警信息等內(nèi)容。

4 FANUC 0系統(tǒng)數(shù)控機床PLC常見故障實例分析與處理

　　4.1 根據(jù)故障號診斷故障實例分析與處理

　　故障現(xiàn)象：某數(shù)控車床使用FANUC 0TC數(shù)控系統(tǒng)，在接到換刀信號后，刀架抬起，在換過數(shù)次刀位后不能鎖緊，直到系統(tǒng)報警急停，報警號為444號或410號報警。

　　故障診斷：根據(jù)出現(xiàn)的報警號提示，通過查看《FANUC OT數(shù)控系統(tǒng)報警文本》可知，444號報警為第4軸伺服系統(tǒng)故障，410號報警為第4軸停止位置偏差大于程序設定值，因此可確定此故障為刀架換刀故障。通過查看PLC輸入狀態(tài)表，發(fā)現(xiàn)X3073．0顯示正常，這樣就排除了與PLC輸入元件以及輸入線路相關的故障。因此可將故障定位在PLC的輸出部分或轉(zhuǎn)塔刀架鎖定傳感器部分。故障處理：通過查看PLC I/O狀態(tài)，演示換刀過程，發(fā)現(xiàn)X3073．5(SB143)和Y3206．1(YV243)兩個元件狀態(tài)均處于異常狀態(tài)。進一步查看轉(zhuǎn)塔刀架鎖定傳感器SBI43是否損壞，使用備件更換法，換上一新的SB143備件后，故障消失。故障排查流程見圖2。

圖2轉(zhuǎn)塔刀架故障排查流程圖

　　總結：FANUCO系統(tǒng)提示上千個故障號，以便維修人員利用自診斷進行故障排除，報警號是機床制造廠家為特定機床設計的，狀態(tài)信息來自機床制造廠家編寫的、事先存儲在NC系統(tǒng)中的狀態(tài)文本，指示機床的狀態(tài)。這樣，可以根據(jù)系統(tǒng)屏幕上的報警號以及維修說明書進行故障維修。

　　4.2 根據(jù)控制對象的工作原理診斷故障實例分析與處理

　　故障現(xiàn)象：一FANUC 0T系統(tǒng)數(shù)控車床，在加工過程中，當腳踏尾座開關使頂尖頂進工件時，系統(tǒng)即出現(xiàn)報警。

　　故障診斷：在FANUC系統(tǒng)診斷狀態(tài)下，調(diào)出PLC輸入信號與PLC輸出信號界面，觀察相關信號的狀態(tài)，如表1所示。

　　由表1可知數(shù)控系統(tǒng)PLC I／O狀態(tài)均正常。因此，可判定尾座套筒液壓系統(tǒng)存在問題。

　　故障處理：腳踏開關松開后，電磁換向閥處于中間位置，油路停止供油，尾座套筒向前時的油壓得到保持，使壓力繼電器的動合觸點閉合，PLC輸入信號XO000．2應為“1”，而通過查看系統(tǒng)PLC輸入信號XO000．2為“0”，因此說明壓力繼電器觸點信號存在問題。使用萬用表進一步檢查發(fā)現(xiàn)壓力繼電器的觸點開關損壞。更換壓力繼電器備件后，故障消失。故障排查流程見圖3。

圖3尾座套簡故障排查流程圖

　　總結：在數(shù)控機床上，PLC程序是根據(jù)機床在加工過程中順序動作的控制原理來設計的。在分析PLC故障時，可依據(jù)控制對象的控制原理，結合PLC的I/O狀態(tài)進行檢查，可起到事半功倍的效果。

　　4.3 利用I，O狀態(tài)診斷故障實例分析與處理

　　故障現(xiàn)象：FANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控車床，產(chǎn)生99號報警，該報警無任何說明。故障診斷：在系統(tǒng)診斷狀態(tài)下，調(diào)出PLC輸入信號，利用機床PLC診斷，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)T6的第7位數(shù)據(jù)由“1” 變?yōu)?amp;ldquo;0”。通過查看《FAUNC 0iPLC編程說明書》，可知該數(shù)據(jù)位為數(shù)控柜過熱信號，正常時為“1”，過熱時為“0”。因此確定該故障是由數(shù)控系統(tǒng)過熱引起的，需檢查引起數(shù)控系統(tǒng)過熱的相關故障點。

　　故障處理：依次檢查數(shù)控柜中的熱控開關、數(shù)控柜的通風情況以及穩(wěn)壓裝置。后發(fā)現(xiàn)通風扇無工作聲音發(fā)出。更換數(shù)控柜通風扇后，重新啟動系統(tǒng)后故障消除，故障排查流程見圖4。

圖4數(shù)控系統(tǒng)過熱故障排查流程圖

　　總結：對于部分PLC故障，可通過直接查詢PLC接口狀態(tài)，尋找故障原因。

5 結語

　　通過對以上PLC常見故障實例的分析與處理，要達到迅速排查PLC故障的目的，需做到以下幾點

　　(1)清楚MT側各檢測開關、傳感器的安裝位置，以及作為PLC輸入信號的地址與標志。

　　(2)了解數(shù)控機床上執(zhí)行機構的動作順序和控制原理以及所對應的PLC輸出信號的地址與標志。

　　(3)能夠看懂數(shù)控機床上的PLC梯形圖，了解各控制功能的連鎖條件。

　　(4)利用FANUC PLC的自診斷功能，會靈活操作與使用各畫面，實時監(jiān)控梯形圖的運行情況，通過I/O狀態(tài)比較，明確故障原因，依據(jù)控制對象的工作原理做出診斷與處理。