利用PLC界面和梯形图进行故障判断

孙先立

在数控机床中，除了对各坐标轴的位置进行连续控制外，还需要对主轴正反转、进给运动启停、刀库及换刀机械手控制，工件夹紧松开、工作台交换台，冷却、润滑等辅助动作进行顺序控制。顺序控制的信息主要是通过输入/输出（I/O）控制，如控制、行程、压力和温度开关等输入元件，继电器、接触器和电磁阀等输出元件的控制。还包括主轴驱动、进给伺服驱动的使能控制和机床报警处理等。数控机床采用可编程逻辑控制器（PLC）来完成上述功能，输入/输出故障是数控机床运动过程中最常见闻见的故障。PLC方面故障，一般有三种表现形式：①故障可通过CNC报警直接找出故障原因；②故障虽有CNC报警显示，但引起故障的原因较多，难以找出真正的原因；③故障没有任何显示。对于后两种情况，可以利用数控系统的自诊断功能，根据PLC梯形图和输入、输出I/O状态信息分析和判断故障的原因。

1.通过PLC查找故障的方法

（1）在PLC状态中观察所需的输入开关量，或系统变量是否已正确输入，若没有，则检查外围电路。对于M、S、T指令，可以写一个检验程序，以自动或单段的方式执行该程序，在执行的过程中观察地址位。

（2）在PLC状态中观察所输出开关量是否正确输出，若没有，则检查CNC侧，分析是否有故障。

（3）检查由输出开关量直接控制的电气开关工业区继电器是否动作，若没有动作，则检查连线或元件。

（4）检查执行元件，包括主轴电机、步进电机、伺服电机。

（5）观察PLC动态梯形图，结合系统的工作原理，查找故障点。

2.通过PLC查找故障的实例

（1）通过PLC界面，查找系统报警的故障点。在数控机床中，输入、输出信号的传递，一般都要通过PLC的I/O接口来实现，因此，许多故障都会在PLC的接口通道上反映出来，数控机床的这种特点为故障诊断提供了方便，只要不是数控系统硬件故障，可以不必查看梯形图和有关电路图，直接通过查询PLC接口状态，寻找故障原因。根据厂家提供的输入、输出信号一览表，获得有关控制对象PLC I/O接口的通常状态，从而判断出故障状态。

例1 XH716加工中心，采用FANUC-0M系统。在执行换刀指令时，出现机械手旋转180°时卡刀现象，造成换刀程序无法进行。

分析处理：根据故障现象，可诊断故障发生在换刀装置中，由于相应的位置检测开关无信号送至PLC的接口，从而导致机床中断换刀。该加工中心采用台湾吉辅生产的圆盘式刀库，凸轮换刀机构，在机构上端有三个接近开关，分别对机械手的位置进行检测，倒刀气缸的位置由两个磁簧开关检测。造成开关无信号输出的原因有：①由于液压或机械上的原因造成动作不到位而使开关得不到感应；②感应开关失灵。首先检查倒刀气缸上的磁簧开关，通过诊断显示开关正常，又检查刀臂接近开关，正常情况下在180°位置应该是中间和下方两个开关信号为1，而且中间有1s的停顿，然后换刀电机再旋转进行装刀，该电机带有刹车线圈，分析可能是电机刹车不良，造成机械手旋转位置有所错位使接近开关检测不到信号。于是打开换刀电机防护盖，检查刹车线圈，用万用表测量刹车线圈阻值正常，整流二极管也正常（该线圈电压为90V，通过220V电压半波整流获取），拆下电机，进行加电试验，发现电机停电时刹车太慢，拆下刹车线圈，检查刹车片，刹车片已磨损严重，所以刹车时抱不紧电机，造成机械不到位。换上新的刹车片再进行开机试验，再无机械手卡刀现象。

例2 TH5680加工中心，采用SIEMENES840D系统。由低速向高速切换时，主轴伺服电机不转。

分析处理：故障发生时无报警，根据故障现象判断可能是主轴由低挡向高挡切换时，高挡位检测开关不到位，造成主轴电机不转。主轴高低挡切换是由一个三位四通电磁阀进行控制，挡位是由两个接近开关检测。如果某挡位的开关不到位，则不能进行该挡位的转速运行。调出诊断画面，在进行挡位切换时，观察PLC输入、输出信号正常，检查电磁阀动作也正常，说明电气部分是好的，故打开主轴箱，发现主轴一双联齿轮位置下移，造成换挡时齿轮挂不上，使挡位开关检测不到位，主轴无法旋转，检查发现，是联接齿轮的平键脱落，所以双联齿轮下移，造成了主轴无法旋转的现象，修复平键后进行换挡操作，主轴伺服电机旋转正常。

（2）结合梯形图，分析故障原因。

例1 NC800卧式加工中心，采用FANUC-0iM系统。主轴定向后，ATC无定向指示，机械手无换刀动作。

分析处理：故障发生后，机床无任何报警，除机械手不能正常工作外，机床各部分工作都正常，根据故障现象，认为是主轴定向完成信号未送到PMC，致使PMC中没有得到换刀指令。在PLC梯形图上，刀具交换的条件是机械手处于水平位置及主轴定向销插入。该主轴定向由两个方面来控制：①根据参数设置的

定向角度在执行M19时，靠编码器反馈信号使主轴停在设定的角度上，②由电磁阀控制的定向销插入到正确的位置，通过接近开关检测，只有当定向插入信号为1时，主轴才能进行换刀。首先，检查机械手是否处于水平状态，通过查找梯形图，水平检测开关信号正常，查定向销插入输出信号正常，然后检查插销电磁阀，用万用表测量有24V电压，电磁阀也已吸合，但插销杆无动作，怀疑是电磁阀阀芯堵塞，停电拆下电磁阀检查，发现电磁阀阀芯卡死，所以在执行定向命令时，电磁阀吸合，但阀杆不动，造成定向插入信号检测不到，无法进行换刀。将电磁阀内部清理干净装上，开机进行换刀，再无此现象发生。

W10.01-17