基于PLC視角下的數(shù)控機床故障類型及判斷方法

　　[摘 要]數(shù)控機床因為可通過編程軟件后處理直接按圖加工，尤其在進行異型曲面加工時曲線高度連續(xù)，使得磁粉探傷中相關(guān)顯示缺陷大大降低，被廣泛應用在基礎(chǔ)加工行業(yè)。同時各種數(shù)控機床操作系統(tǒng)種類多、界面術(shù)語不好理解、故障點多、涉及知識面廣，使得一旦發(fā)生故障維修人員頗費周折。實際上從控制原理來講，如果以PLC為中心來看待故障，問題就會簡單的多了。因為操作系統(tǒng)自動程序AUTO和MDA模式通過主板直接通過驅(qū)動器驅(qū)動電機，PCU面板按鈕是直接給出電壓信號傳輸給PLC進行控制。如果機床不動作，要么信號沒有輸入，要么PLC自身故障，要么沒有輸出。這樣一來，機床故障判斷起來，非常清晰有條理。只要采用科學的方法來鑒別，就能迅速找到故障原因。
　　[關(guān)鍵詞]機床參數(shù)表；操作界面；報警號；程序；標準化；觸摸屏；PLC；輸入/輸出點；屏蔽層；電磁干擾
　　中圖分類號：S665 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）24-0396-02
　　1、數(shù)控設(shè)備的基本構(gòu)造
　　一般數(shù)控機床從外觀上看包括機床主體結(jié)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)、自動換刀裝置、自動排屑裝置及數(shù)控編程模塊。與常規(guī)機床比較起來，數(shù)控機床因為伺服驅(qū)動器或者變頻器的使用，使其傳動變速部分更為簡單。數(shù)控機床的控制系統(tǒng)則因操作系統(tǒng)模塊、觸摸屏人機界面和PLC結(jié)合，可以處理測量系統(tǒng)、液壓部分傳輸過來的信號，實現(xiàn)自動化加工。
　　2、數(shù)控機床各界面與PLC關(guān)系
　　機床參數(shù)在PLC原理看來就是一些計數(shù)器或者通道，雖然經(jīng)過復雜積分微分等運算，最終還是會出現(xiàn)比較閾值。數(shù)字超程，內(nèi)部就發(fā)生跳轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)就不輸出給PLC，機床就不運轉(zhuǎn)。例如西門子系統(tǒng)中G25和G26對加工區(qū)域進行設(shè)定；G96中恒線速度設(shè)置已經(jīng)高于主軸扭矩設(shè)置；刀具后角與輪廓曲線的干涉等等。
　　機床回零就是回到參考點，也就是PLC內(nèi)部一個重新置位的動作。狀態(tài)顯示的數(shù)值或者軌跡，是觸摸屏與PLC組態(tài)后產(chǎn)生的一個寄存器跳轉(zhuǎn)動作。工作模式中AUTO模式與JOG模式，其實就是虛擬中繼點與實際輸入點的轉(zhuǎn)換。
　　按鈕指示燈與實際動作是否同步，指示信號來自于外部的壓力繼電器還是來自于PLC內(nèi)部的延時命令？
　　3、PLC硬件結(jié)構(gòu)
　　PLC是可編程序控制器（Programmable Logic Controller ）的縮寫。各品牌型號的PLC大同小異，都有狀態(tài)指示燈，輸入輸出點，數(shù)據(jù)接口，電源輸入。POWER是電源燈，RUN是運行，STOP是停止SF/DIAG系統(tǒng)錯誤。兩側(cè)各有一排端子分別是輸入點和輸出點。通過數(shù)據(jù)接口與上位機相連，用來接收數(shù)據(jù)和指令。
　　4、故障產(chǎn)生原因
　　所謂故障，就是設(shè)備某個過程產(chǎn)生了異常。數(shù)控機床一般執(zhí)行自動程序時的工作原理是采集信號，核對位置，運算，輸出命令到PLC， 到執(zhí)行部件，再采集信號反饋位置，核對，運算，輸出命令到PLC， 執(zhí)行。
　　從PLC看待這個過程，無非是有沒有信號到輸入點，滿足不滿足PLC內(nèi)部邏輯條件，從而能不能執(zhí)行程序。
　　4.1 有沒有信號到輸入點
　　第一種可能：信號源問題
　　①機床沒有回零。對許多數(shù)控機床來說，機床回零是建立坐標系，測量系統(tǒng)校對的過程。如果機床不回零，機床是無法識別位置的。因此如果沒有回零就進行操作，往往會出現(xiàn)許多錯誤。當然近年來制造的數(shù)控機床，如果機床不回零，機床就自己保護不進行動作。
　�、谙到y(tǒng)各參數(shù)超程（觸摸屏輸入數(shù)字超出閾值）。例如加工區(qū)域已經(jīng)設(shè)置，如果程序中數(shù)值超過加工區(qū)域，則必然回不動作。
　�、奂庸こ绦騼�(nèi)有錯誤，編制不符合要求。例如G01指令后必須給出進給量F值，主軸轉(zhuǎn)速S，每轉(zhuǎn)進給還是分鐘進給，主軸正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)。如果缺一個代碼，機床就不動作。
　�、苡|摸屏內(nèi)長期工作，內(nèi)部出現(xiàn)故障，造成內(nèi)部連接地址與PLC不匹配。
　�、莞鲏毫Ρ砘蛘唠姶砰y不到位，沒有發(fā)出信號。
　　如圖1，導軌潤滑壓力M203.3和定時器T36有可能沒有發(fā)出信號，造成沒有報警。
　　例機床卡盤夾緊，尾座壓力到達或者回位等，電接點壓力表才發(fā)出信號，機床各夾緊或者定位裝置處于安全可靠情況下，機床才動作。不滿足條件，PLC內(nèi)部邏輯路線不通，處于斷路狀態(tài)。各電磁閥換位或者復位，發(fā)出信號，保證油路氣路通路，機床才進行下一步動作。
　�、薷蓴_。因為信號線都是弱電壓，如果周圍出現(xiàn)較大電流變化或者電控柜內(nèi)動力線路距離教近時，就會出現(xiàn)電壓差紊亂，造成信號丟失。
　　第二種可能：信號線
　�、傩盘柧�斷或指針歪。數(shù)控機床數(shù)據(jù)線一般是用IEC規(guī)定的RS232或者RS485線進行傳輸。都是按引線腳點人工焊接而成，難免會出現(xiàn)指針歪接觸不良�；蛘邤�(shù)控機床數(shù)據(jù)線都很細，在各移動部件反復移動時可能因摩擦或者拉拽發(fā)生斷裂。
　�、谄帘螌咏佑|不良。上文已經(jīng)說過，因為信號線都是弱電壓，如果周圍出現(xiàn)較大電流變化或者電控柜內(nèi)動力線路距離教近時，就會出現(xiàn)電壓差紊亂，造成信號丟失。信號線外都有一層屏蔽線，焊接在接頭的金屬外殼上。如果出現(xiàn)虛接，或者斷路，就容易出現(xiàn)故障。
　　③接點接觸不良。各接線端子接觸面在電流反復通過時，因為接觸電阻作用發(fā)熱，造成接觸面氧化，會出現(xiàn)接觸不良。而且PLC裝配中，人工手勁不同，也許會出現(xiàn)力道不足。
　　4.2 滿足不滿足PLC內(nèi)部邏輯條件
　　第一種可能：軟件錯誤
　　PLC程序有設(shè)計缺陷。比如計數(shù)器和定時器等復位節(jié)點不對，造成超程或者誤動作。可以用斷電半小時重啟的方法，強迫PLC內(nèi)部各寄存器等復位。
　　第二種可能：PLC硬件故障
　�、貾LC電源問題。PLC因為處于配電柜內(nèi)，一般是弱電24V，但因空間有限，距離強電220V較近，一旦屏蔽板松動或者打開。很容易出現(xiàn)PLC電源不滿足要求。而且PLC各擴展模塊共用電源，加之各接點共用接地線，很容易因為接地線松動造成故障。

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