基于PLC 的西门子840D 系统数控机床故障诊断分析

　　西门子于上世纪九十年代研发出SINUMERIK 840D，这款具有高性能的数控系统由三个主要部分构成，即数控和驱动单元，MMC 以及PLC 模块。三大组成部分在功能方面既有明确分工，又相互提供支持。SINUMERIK 840D 的特点是：实现数字化驱动、轴控的规模大、能够进行五轴联动、视窗化的操作系统、软件具有丰富的内容且功能十分强大、具备远程诊断的功能、具有完善的保护功能、硬件实现了高度的集成化、设计实现了模块化、内部装有PLC 系统。

1 系统组成

　　计算机通过对跟随误差的计算，获得NC 位置给定，并得出其与位置实际值之差以完成轮廓监控。在差值处于轴数据MD36400 ：CONTOUR_ TOL( 轮廓监控匀差带) 已设定值之外，就将触发报警，与此同时，轴将按照当前所设定的制动斜度产生制动。SINUMERIK 810D / 840D 系统当中的 PLC 部分所使用的软件和模块是西门子 SIMATIC S7-300，在同一导轨上，从左到右分别为电源模块，接口模块和信号模块。PLC 中的 CPU 同NC 中的CPU 均集成于 CCU 或集成于NCU 当中，如图1 所示：

图 1 SINUMERIK 840D 系统连接图

2 故障原因

　　2.1 机械系统方面的原因。主要集中体现为导轨和丝杠润滑性差，或传动系统有问题，使得轴在转动时遇到很大阻力，导致位控元件所获得实际值和给定的值之间产生很大的差异而触发报警。

　　2.2 电气系统方面的原因。主要体现在：第一，装备的抱匣在伺服电机轴时，不能正确打开抱匣。第二，检测部位的实际值的编码器出现问题，或光栅尺有问题。第三，编码器或者光栅尺的电缆存在问题。第四，轴驱动器出现的故障。第五，伺服电机存在故障。

　　2.3 NC 参数失真或数据丢失。相关的NC 参数有：第一，轮廓监控允差带。第二，位置控制器增益KV 因子设置这项参数，为了得到较大闭环增益，但KV 因子大小有限制，不会使得位置控制器发生振荡，为避免轮廓发生误差，要求插补的所有轴都该有相同的KV 因子。第三，轴加速度。

　　数控机床当中的CNC 系统，能够使得刀具对工件的各坐标轴具有几何运动规律的数字控制， 当中有插补计算和刀具补偿等数据处理，此外还具备大量辅助性功能，例如主轴产生的正转和反转运动，以及停止，包括进给运动的开启和停止，以及刀库和机械手的换刀控制、温度冷却和排屑装置，工件的装夹等大量应答式开关量控制，这些操作都可以运用数控机床中的可编程控制器来控制。

　　可编程控制器（PLC）在数控机床上的作用是将机床与 CNC相连接，接受CNC 发出的控制命令，根据机床侧的控制信号，通过内部的程序控制，向机床端发出控制指令，对电磁阀、继电器和指示灯等实施控制，将状态信号发到CNC ；同时，在处理开关信号中，如果出现一条信号误差，或存在某种故障，都将导致机床产生故障。