数控机床PLC模块的故障诊断及排除方法

0 引言

　　数控机床的控制信息分成两类：一类是对机床各坐标轴的位置进行连续控制的信息，如数控机床工作台的各方向运动、主轴箱的上下移动及围绕某一坐标轴的旋转运动等，此类信息由数控机床的数字系统进行控制处理；另一类则由PLC完成的顺序控制数控机床的加工过程。

　　数控机床PLC模块出现故障的表现形式有三种：数控机床出现故障后报警；显示数控机床故障的报警，但是真正的故障原因并没有反映；无显示。其后面两种故障表现情况，可以借助对PLC输入/出状态的信息和梯形图进行分析可以找到致使数控机床出现外围故障的原因并予以解决。

1 PLC模块的故障表现形式

　　1.1显示故障

　　1.1.1故障与报警对应

　　当数控机床出现故障后只要对报警信息进行分析便能够准确的故障原因。尽管对数控机床的检测功能提出高要求，但是不断发展的科技，数字控制系统的功能也得到了不断的完善，加强了数控机床与PLC间通信的功能，实现了复杂软／硬件系统的配合连接，提高了自诊断的技术。越来越广泛应用于诊断数控机床的故障，降低了维修难度，提高了维修人员的工作效率。

　　1.1.2 故障报警与原因不符

　　目前有一些数控机床因为不完善的故障诊断功能，促使故障出现后，数控机床的报警信息不能准确反映故障点，甚至显示的报警信息内容和故障位置间没有任何关系，这就造成维修的误导，此时维修人员只有凭借经验具体分析数控机床，从而判断并找出导致故障发生的真正原因。

　　1.1.3 有故障无显示

　　数控机床发生故障后由于控制系统中设置检测该故障的功能，则数控机床也就无故障内容显示，增大维修的难度，维修人员一时无从着手，只能研究故障的具体现象并结合理论综合性分析。当线路板出现故障时需要维修，此时如果没有电路原理图，则自己就要将草图绘制完成，增大维修的难度。如果数控机床的刀架的控制方式属于电动式，当出现自动换刀故障时，具体故障发生点的判断则需结合系统的检测功能与数控机床显示的报警信息，分别完成故障的表现形式的分析。系统换刀控制指令发出，刀架上的电动机动作执行。假如系统安装有软件进行相应的检测，外围装配对应硬件，实现软／硬件检测功能的结合。一旦故障发生后，产生报警并显示准确的故障信息。直接分析信息即可找到故障源。

　　如果检测系统只能对刀架是否应答进行信号检测，一旦故障发生，只能指出问题出于电动刀架，而具体的故障源则无法在报警信息中指出。故障的排除只能依靠维修人员逐个排查。

　　假如系统换刀控制指令发出后，由于延时系统不检测是否有应答信号产生直接进行后续动作程序。一旦发现刀架没有旋转到位并且无系统提示，重大事故发生概率非常大。因此，唯一操作就是紧急停车。

1.2 信号类型故障

　　1.2.1 输入信号的故障

　　PLC的控制是顺序性的完成即每个动作的执行都是基于有逻辑信号的输入且条件满足。通常情况下，故障的出现都是输入信号某一条件没有满足，两个条件都无法满足的概率较小。此时对输入信号的梯形图进行无效原因分析，随之进一步分析故障，直至找出产生故障的原因。

　　1.2.2 输出信号的故障

　　输出信号导致的故障主要都是元件的控制或执行上的故障，损坏通常是发生于能够进行机械式动作的零件上，比如不灵活的接触器触点致使接触不良、电磁阀阀芯出现堵塞、机械磨损致使阻力加大、传动器件不到位的移动等。只要其中的某一机构出现执行故障，顺序性的动作执行则会导致后续动作无法满足输入条件，不能正常进行整个顺序控制。

2 诊断故障的方法

　　2.1 基于故障报警的信号

　　数控机床PLC模块的程序依据实际生产要求予以设计，即具体的动作和故障报警的信息设计编写的依据是数控机床需实现的功能。使得数控机床自诊断的功能较丰富，一旦故障发生后便会准确显示相应报警的信息，提高各种数控机床的状态信息有利于维修人员借助信息实现故障的迅速排除。

　　2.2 基于动作完成的顺序

　　位于数控机床上的托盘及刀具等装置，相应动作的完成都是按照设定顺序进行。鉴于此，只要对比正常与故障情况下的机械装置运动情况，便可诊出故障的原因。图1所示刀具的自动交换。刀具开始自动交换时初始状态为：需要进行交换的旧刀具保持在主轴上；图中B点所示为刀具交换的力臂；刀具交换的力臂的位置位于图示的上方；需要进行交换的新刀具的位置由刀库完成定位。

　　遵循正常的顺序进行刀具的自动交换，但是当实现刀具交换的力臂由初始的B位置左移到A位置后再依次在A、B、C三个位置间完成相应的动作右移到C位置，结果拔刀的动作无法完成。故障分析后有三种可能的原因：SQ2没有产生信号。完成刀具松开的电磁阀(2Y)没有得电，主轴的状态仍是抓取刀具，无法下移交换刀具的力臂；刀具松开开关SQ4信号未产生，则控制交换刀具力臂升降的电磁阀(1Y)维持原状态，不进行力臂的下降动作；有故障存在于电磁阀中，即使有信号输入也无法完成相应的控制动作。经检查，发现刀具松开开关SQ4没有发出动作信号，深入检查SQ4，由于过大的感应间隙的存在使得相应控制信号无法输出阻碍后续动作的执行。

图1 刀具自动交换控制图