基于PLC视角下的数控机床故障类型及判断方法

　　[摘 要]数控机床因为可通过编程软件后处理直接按图加工，尤其在进行异型曲面加工时曲线高度连续，使得磁粉探伤中相关显示缺陷大大降低，被广泛应用在基础加工行业。同时各种数控机床操作系统种类多、界面术语不好理解、故障点多、涉及知识面广，使得一旦发生故障维修人员颇费周折。实际上从控制原理来讲，如果以PLC为中心来看待故障，问题就会简单的多了。因为操作系统自动程序AUTO和MDA模式通过主板直接通过驱动器驱动电机，PCU面板按钮是直接给出电压信号传输给PLC进行控制。如果机床不动作，要么信号没有输入，要么PLC自身故障，要么没有输出。这样一来，机床故障判断起来，非常清晰有条理。只要采用科学的方法来鉴别，就能迅速找到故障原因。
　　[关键词]机床参数表；操作界面；报警号；程序；标准化；触摸屏；PLC；输入/输出点；屏蔽层；电磁干扰
　　中图分类号：S665 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0396-02
　　1、数控设备的基本构造
　　一般数控机床从外观上看包括机床主体结构、电气控制系统、液压系统、气压系统、自动换刀装置、自动排屑装置及数控编程模块。与常规机床比较起来，数控机床因为伺服驱动器或者变频器的使用，使其传动变速部分更为简单。数控机床的控制系统则因操作系统模块、触摸屏人机界面和PLC结合，可以处理测量系统、液压部分传输过来的信号，实现自动化加工。
　　2、数控机床各界面与PLC关系
　　机床参数在PLC原理看来就是一些计数器或者通道，虽然经过复杂积分微分等运算，最终还是会出现比较阈值。数字超程，内部就发生跳转，数据就不输出给PLC，机床就不运转。例如西门子系统中G25和G26对加工区域进行设定；G96中恒线速度设置已经高于主轴扭矩设置；刀具后角与轮廓曲线的干涉等等。
　　机床回零就是回到参考点，也就是PLC内部一个重新置位的动作。状态显示的数值或者轨迹，是触摸屏与PLC组态后产生的一个寄存器跳转动作。工作模式中AUTO模式与JOG模式，其实就是虚拟中继点与实际输入点的转换。
　　按钮指示灯与实际动作是否同步，指示信号来自于外部的压力继电器还是来自于PLC内部的延时命令？
　　3、PLC硬件结构
　　PLC是可编程序控制器（Programmable Logic Controller ）的缩写。各品牌型号的PLC大同小异，都有状态指示灯，输入输出点，数据接口，电源输入。POWER是电源灯，RUN是运行，STOP是停止SF/DIAG系统错误。两侧各有一排端子分别是输入点和输出点。通过数据接口与上位机相连，用来接收数据和指令。
　　4、故障产生原因
　　所谓故障，就是设备某个过程产生了异常。數控机床一般执行自动程序时的工作原理是采集信号，核对位置，运算，输出命令到PLC， 到执行部件，再采集信号反馈位置，核对，运算，输出命令到PLC， 执行。
　　从PLC看待这个过程，无非是有没有信号到输入点，满足不满足PLC内部逻辑条件，从而能不能执行程序。
　　4.1 有没有信号到输入点
　　第一种可能：信号源问题
　　①机床没有回零。对许多数控机床来说，机床回零是建立坐标系，测量系统校对的过程。如果机床不回零，机床是无法识别位置的。因此如果没有回零就进行操作，往往会出现许多错误。当然近年来制造的数控机床，如果机床不回零，机床就自己保护不进行动作。
　　②系统各参数超程（触摸屏输入数字超出阈值）。例如加工区域已经设置，如果程序中数值超过加工区域，则必然回不动作。
　　③加工程序内有错误，编制不符合要求。例如G01指令后必须给出进给量F值，主轴转速S，每转进给还是分钟进给，主轴正转还是反转。如果缺一个代码，机床就不动作。
　　④触摸屏内长期工作，内部出现故障，造成内部连接地址与PLC不匹配。
　　⑤各压力表或者电磁阀不到位，没有发出信号。
　　如图1，导轨润滑压力M203.3和定时器T36有可能没有发出信号，造成没有报警。
　　例机床卡盘夹紧，尾座压力到达或者回位等，电接点压力表才发出信号，机床各夹紧或者定位装置处于安全可靠情况下，机床才动作。不满足条件，PLC内部逻辑路线不通，处于断路状态。各电磁阀换位或者复位，发出信号，保证油路气路通路，机床才进行下一步动作。
　　⑥干扰。因为信号线都是弱电压，如果周围出现较大电流变化或者电控柜内动力线路距离教近时，就会出现电压差紊乱，造成信号丢失。
　　第二种可能：信号线
　　①信号线断或指针歪。数控机床数据线一般是用IEC规定的RS232或者RS485线进行传输。都是按引线脚点人工焊接而成，难免会出现指针歪接触不良。或者数控机床数据线都很细，在各移动部件反复移动时可能因摩擦或者拉拽发生断裂。
　　②屏蔽层接触不良。上文已经说过，因为信号线都是弱电压，如果周围出现较大电流变化或者电控柜内动力线路距离教近时，就会出现电压差紊乱，造成信号丢失。信号线外都有一层屏蔽线，焊接在接头的金属外壳上。如果出现虚接，或者断路，就容易出现故障。
　　③接点接触不良。各接线端子接触面在电流反复通过时，因为接触电阻作用发热，造成接触面氧化，会出现接触不良。而且PLC装配中，人工手劲不同，也许会出现力道不足。
　　4.2 满足不满足PLC内部逻辑条件
　　第一种可能：软件错误
　　PLC程序有设计缺陷。比如计数器和定时器等复位节点不对，造成超程或者误动作。可以用断电半小时重启的方法，强迫PLC内部各寄存器等复位。
　　第二种可能：PLC硬件故障
　　①PLC电源问题。PLC因为处于配电柜内，一般是弱电24V，但因空间有限，距离强电220V较近，一旦屏蔽板松动或者打开。很容易出现PLC电源不满足要求。而且PLC各扩展模块共用电源，加之各接点共用接地线，很容易因为接地线松动造成故障。

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