0 引言

　　在數(shù)控機(jī)床上，包括兩種控制方式，一種是對(duì)各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸位置進(jìn)行連續(xù)控制，另一種需對(duì)刀庫(kù)及機(jī)械手換刀、主軸正反轉(zhuǎn)、工件夾緊松開(kāi)、工作臺(tái)交換、冷卻和潤(rùn)滑、排屑等輔助動(dòng)作進(jìn)行順序動(dòng)作控制。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床上采用可編程控制器(PLC)來(lái)完成上述順序控制功能。PLC位于數(shù)控裝置(CNC)與機(jī)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(jī)床側(cè)的控制信號(hào)狀態(tài)，在內(nèi)部PLC程序的控制下，給MT側(cè)發(fā)出控制指令，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，同時(shí)將狀態(tài)信號(hào)發(fā)送給CNC。這些開(kāi)關(guān)量信號(hào)在處理過(guò)程中，任何一個(gè)信號(hào)不到位，或任何一個(gè)執(zhí)行元件不動(dòng)作，都會(huì)引發(fā)故障。因此，利用PLC對(duì)I/O故障進(jìn)行診斷與排除對(duì)于提高數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)率，有效延長(zhǎng)機(jī)床無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間是非常重要的。

1 FANUC 0系統(tǒng)數(shù)控機(jī)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(jìn)的中檔系列數(shù)控機(jī)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(shí)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(huì)話菜單式編程、專用宏功能、多種語(yǔ)言顯示、目錄返回功能為主要特點(diǎn)。推出以來(lái)，得到了用戶的高度評(píng)價(jià)，成為加工制造企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用最多的數(shù)控系統(tǒng)之一。FANUC 0系統(tǒng)自帶一個(gè)內(nèi)裝型PLC和機(jī)外編程器，可直接查看和編輯PLC程序及標(biāo)志位狀態(tài)，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的I/O接口板與機(jī)床外部信號(hào)進(jìn)行信息交換。

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

圖1 PLC與機(jī)床、系統(tǒng)之間的信息交換

　　1)MT至PLC：機(jī)床側(cè)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)通過(guò)I/O單元接口輸入到PLC中，除少數(shù)信號(hào)外，絕大多數(shù)信號(hào)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(jī)床側(cè)到PLC的輸入信號(hào)用x表示， 內(nèi)裝I/O的地址從X1000開(kāi)始，而I/O LINK的地址是從X0開(kāi)始的。這些信號(hào)主要包括MT側(cè)的傳感器信號(hào)、操作面板上控制開(kāi)關(guān)信號(hào)、限位開(kāi)關(guān)信號(hào)、溫控開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)等，將機(jī)床的狀態(tài)信號(hào)輸入PLC輸入映像寄存器中保存。

　　2)PLC至MT：PLC控制機(jī)床的信號(hào)通過(guò)PLC的開(kāi)關(guān)量輸出接口送到機(jī)床側(cè)，所有開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)的含義及所占用PLC的地址可也由PLC程序設(shè)計(jì)者自行定義。在FANUC0系統(tǒng)中，PLC到機(jī)床側(cè)的輸出信號(hào)用Y表示，內(nèi)裝I/O的地址從Y1000開(kāi)始，而I/O LINK的地址是從Y0開(kāi)始的。這些輸出的信號(hào)經(jīng)強(qiáng)電柜中的繼電器、接觸器等器件，通過(guò)MT側(cè)的液壓閥或氣動(dòng)閥，對(duì)刀庫(kù)和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等輔助裝置進(jìn)行控制，還對(duì)冷卻泵電動(dòng)機(jī)、潤(rùn)滑泵電動(dòng)機(jī)及電磁制動(dòng)器的動(dòng)作等進(jìn)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(hào)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(hào)用F表示，數(shù)控系統(tǒng)將伺服電機(jī)、主軸電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)以及請(qǐng)求相關(guān)機(jī)床動(dòng)作的信號(hào)(如移動(dòng)中信號(hào)、位置檢測(cè)信號(hào)、系統(tǒng)準(zhǔn)備完成信號(hào)等)，反饋到PLC進(jìn)行邏輯運(yùn)算，作為機(jī)床動(dòng)作的條件及進(jìn)行自診斷的依據(jù)，比如CNC準(zhǔn)備好信號(hào)(機(jī)床就緒)、伺服準(zhǔn)備好信號(hào)(SVM—ON)、控制單元報(bào)警信號(hào)等，地址分配從F0開(kāi)始。在梯形圖語(yǔ)言中，只能有其觸點(diǎn)而不能有其線圈。

　　4)PLC至CNC：PLC輸送到CNC的信息同樣由開(kāi)關(guān)量信號(hào)或寄存器完成，所有PLC送至CNC的信號(hào)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(hào)用G表示，PLC經(jīng)過(guò)內(nèi)部順序程序的邏輯運(yùn)算，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)部分進(jìn)行控制，比如系統(tǒng)急停信號(hào)、進(jìn)給保持信號(hào)等，PLC還收集機(jī)床側(cè)、強(qiáng)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(jìn)行故障排查，其信號(hào)地址從G0開(kāi)始。在梯形圖語(yǔ)言中，既可以是觸點(diǎn)也可以用其線圈。

2 數(shù)控機(jī)床PLG故障診斷的常用方法

　　1)根據(jù)報(bào)警號(hào)診斷故障。數(shù)控機(jī)床上的PLC程序依據(jù)機(jī)床的功能和特點(diǎn)，編制相應(yīng)的動(dòng)作順序以及報(bào)警文本，對(duì)控制過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，發(fā)出報(bào)警。在維修過(guò)程中，要充分利用這些報(bào)警號(hào)和報(bào)警文本。

　　2)根據(jù)動(dòng)作順序診斷故障。數(shù)控機(jī)床上的輔助動(dòng)作都是按照一定的順序來(lái)完成的，因此，通過(guò)比較機(jī)械結(jié)構(gòu)在正常時(shí)和故障時(shí)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的不同點(diǎn)，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(duì)象的控制原理診斷故障。通過(guò)對(duì)控制對(duì)象的工作原理的分析，結(jié)合數(shù)控機(jī)床上PLCI/O點(diǎn)的不同狀態(tài)來(lái)進(jìn)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(gè)通道上反映出來(lái)。依據(jù)有關(guān)控制對(duì)象的正常狀態(tài)和異常狀態(tài)，就可判斷故障位置。

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

　　6)動(dòng)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(huà)面，就可以查看I/O點(diǎn)此時(shí)的狀態(tài)。若信號(hào)變化過(guò)快，需調(diào)用PLC動(dòng)態(tài)跟蹤功能，實(shí)時(shí)觀察I/O點(diǎn)及標(biāo)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(huà)面的系統(tǒng)操作與使用

　　在進(jìn)行PLC故障診斷時(shí)，需要在各操作畫(huà)面之間進(jìn)行靈活切換，從而確定PLC各輸入/輸出的狀態(tài)、梯形圖的運(yùn)行情況以及報(bào)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(hù)畫(huà)面的操作與使用

　　首先按SYSTEM 鍵進(jìn)入系統(tǒng)參數(shù)畫(huà)面，再連續(xù)按向右擴(kuò)展菜單三次進(jìn)入PLC操作畫(huà)面，按PMCMNT鍵進(jìn)入PLC維護(hù)畫(huà)面。

　　PLC診斷與維護(hù)畫(huà)面可以進(jìn)行監(jiān)控PLC的信號(hào)狀態(tài)監(jiān)控、確認(rèn)PLC 的報(bào)警、設(shè)定和顯示可變定時(shí)器、顯示和設(shè)定計(jì)數(shù)器值、設(shè)定和顯示保持繼電器、設(shè)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(hào)跟蹤等功能。

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

　　在PLC操作界面下，按PMCLAD鍵進(jìn)入PLC梯形圖狀態(tài)畫(huà)面。進(jìn)入此畫(huà)面可以進(jìn)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(huà)面主要是顯示梯形圖的結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，在SP區(qū)選擇梯形圖文件后，進(jìn)入梯形圖畫(huà)面就可以顯示梯形圖的監(jiān)控畫(huà)面，在這個(gè)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(jìn)行梯形圖程序的修改與編寫(xiě)。在雙線圈畫(huà)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(cuò)誤。

　　3.3 FAUNC 0系統(tǒng)PLC梯形圖配置畫(huà)面的操作與使用

　　在PLC操作界面下，按PMCCNF鍵進(jìn)入PLC構(gòu)成畫(huà)面，梯形圖配置畫(huà)面可以分為標(biāo)頭、設(shè)定、PLC狀態(tài)、SYS參數(shù)、模塊、符號(hào)、信息、在線和一個(gè)操作軟鍵。在此畫(huà)面下，可顯示PLC程序信息、程序中設(shè)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(hào)的地址與注釋及報(bào)警信息等內(nèi)容。

4 FANUC 0系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床PLC常見(jiàn)故障實(shí)例分析與處理

　　4.1 根據(jù)故障號(hào)診斷故障實(shí)例分析與處理

　　故障現(xiàn)象：某數(shù)控車(chē)床使用FANUC 0TC數(shù)控系統(tǒng)，在接到換刀信號(hào)后，刀架抬起，在換過(guò)數(shù)次刀位后不能鎖緊，直到系統(tǒng)報(bào)警急停，報(bào)警號(hào)為444號(hào)或410號(hào)報(bào)警。

　　故障診斷：根據(jù)出現(xiàn)的報(bào)警號(hào)提示，通過(guò)查看《FANUC OT數(shù)控系統(tǒng)報(bào)警文本》可知，444號(hào)報(bào)警為第4軸伺服系統(tǒng)故障，410號(hào)報(bào)警為第4軸停止位置偏差大于程序設(shè)定值，因此可確定此故障為刀架換刀故障。通過(guò)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(guān)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(guò)查看PLC I/O狀態(tài)，演示換刀過(guò)程，發(fā)現(xiàn)X3073．5(SB143)和Y3206．1(YV243)兩個(gè)元件狀態(tài)均處于異常狀態(tài)。進(jìn)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(jiàn)圖2。

圖2轉(zhuǎn)塔刀架故障排查流程圖

　　總結(jié)：FANUCO系統(tǒng)提示上千個(gè)故障號(hào)，以便維修人員利用自診斷進(jìn)行故障排除，報(bào)警號(hào)是機(jī)床制造廠家為特定機(jī)床設(shè)計(jì)的，狀態(tài)信息來(lái)自機(jī)床制造廠家編寫(xiě)的、事先存儲(chǔ)在NC系統(tǒng)中的狀態(tài)文本，指示機(jī)床的狀態(tài)。這樣，可以根據(jù)系統(tǒng)屏幕上的報(bào)警號(hào)以及維修說(shuō)明書(shū)進(jìn)行故障維修。

　　4.2 根據(jù)控制對(duì)象的工作原理診斷故障實(shí)例分析與處理

　　故障現(xiàn)象：一FANUC 0T系統(tǒng)數(shù)控車(chē)床，在加工過(guò)程中，當(dāng)腳踏尾座開(kāi)關(guān)使頂尖頂進(jìn)工件時(shí)，系統(tǒng)即出現(xiàn)報(bào)警。

　　故障診斷：在FANUC系統(tǒng)診斷狀態(tài)下，調(diào)出PLC輸入信號(hào)與PLC輸出信號(hào)界面，觀察相關(guān)信號(hào)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(wèn)題。

　　故障處理：腳踏開(kāi)關(guān)松開(kāi)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(shí)的油壓得到保持，使壓力繼電器的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，PLC輸入信號(hào)XO000．2應(yīng)為“1”，而通過(guò)查看系統(tǒng)PLC輸入信號(hào)XO000．2為“0”，因此說(shuō)明壓力繼電器觸點(diǎn)信號(hào)存在問(wèn)題。使用萬(wàn)用表進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)壓力繼電器的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)損壞。更換壓力繼電器備件后，故障消失。故障排查流程見(jiàn)圖3。

圖3尾座套簡(jiǎn)故障排查流程圖

　　總結(jié)：在數(shù)控機(jī)床上，PLC程序是根據(jù)機(jī)床在加工過(guò)程中順序動(dòng)作的控制原理來(lái)設(shè)計(jì)的。在分析PLC故障時(shí)，可依據(jù)控制對(duì)象的控制原理，結(jié)合PLC的I/O狀態(tài)進(jìn)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(shí)例分析與處理

　　故障現(xiàn)象：FANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控車(chē)床，產(chǎn)生99號(hào)報(bào)警，該報(bào)警無(wú)任何說(shuō)明。故障診斷：在系統(tǒng)診斷狀態(tài)下，調(diào)出PLC輸入信號(hào)，利用機(jī)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(guò)查看《FAUNC 0iPLC編程說(shuō)明書(shū)》，可知該數(shù)據(jù)位為數(shù)控柜過(guò)熱信號(hào)，正常時(shí)為“1”，過(guò)熱時(shí)為“0”。因此確定該故障是由數(shù)控系統(tǒng)過(guò)熱引起的，需檢查引起數(shù)控系統(tǒng)過(guò)熱的相關(guān)故障點(diǎn)。

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

圖4數(shù)控系統(tǒng)過(guò)熱故障排查流程圖

　　總結(jié)：對(duì)于部分PLC故障，可通過(guò)直接查詢PLC接口狀態(tài)，尋找故障原因。

5 結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)對(duì)以上PLC常見(jiàn)故障實(shí)例的分析與處理，要達(dá)到迅速排查PLC故障的目的，需做到以下幾點(diǎn)

　　(1)清楚MT側(cè)各檢測(cè)開(kāi)關(guān)、傳感器的安裝位置，以及作為PLC輸入信號(hào)的地址與標(biāo)志。

　　(2)了解數(shù)控機(jī)床上執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序和控制原理以及所對(duì)應(yīng)的PLC輸出信號(hào)的地址與標(biāo)志。

　　(3)能夠看懂?dāng)?shù)控機(jī)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(huì)靈活操作與使用各畫(huà)面，實(shí)時(shí)監(jiān)控梯形圖的運(yùn)行情況，通過(guò)I/O狀態(tài)比較，明確故障原因，依據(jù)控制對(duì)象的工作原理做出診斷與處理。