PLC在数控机床故障诊断中的应用分析

官文 黎文龙

摘要：近年来，在社会经济逐渐增长及科学技术水平日益提高的背景下，越来越多的新技术被应用于工业当中。其中，在数控机床领域便广泛应用了PLC技术。PCL技术的应用，为控制数控机床起到了至关重要的作用。本课题笔者重点对PLC技术应用在数控机床故障诊断当中的方法及步骤进行了分析，并结合实际案例证明PLC技术应用在数控机床故障诊断过程中的有效性。

关键词：PLC技术;数控机床;故障诊断

1.数控机床PLC概述

数控机床PLC归分为两类：一类是内装型或集成型，指的是PLC和CNC装置的综合设计，PLC内包括在CNC装置内，和CNC装置之间的信号经过CNC自身的I/O接口进行完成。另一类是独立型或外装型。指的是通过对专业厂家生产的PLC产品进行利用，进而实现数控机床的顺序控制，并使CNC系统中全部的要求任务独立完成[1]。

基于数控机床中，PLC起到了连接数控装置和机床侧的辅助作用。其一，PLC接受了CNC处理操作人员编辑的程序指令，通过译码输出处理之后送至机床侧，进而让机床完成相应的动作，最终使机床的运行得到有效控制。其二，PLC接受了机床侧的逻辑信号对数控系统进行反馈。

数控机床PLC主要的组成部分包括CPU、存储器、输入输出及供电电源等，以总线作为桥梁把各部分连接起来[2]。其中，CPU属于PLC的核心部分，它的主要功能是对用户程序及数据进行接收及输入，并对各类信号状态进行查询，诊断无误之后，PLC便开始运行。

2.应用PLC对数控机床进行故障诊断的方法与步骤分析

2.1诊断方法

应用PLC对数控机床进行故障诊断存在诸多方法，具体体现在以上几大方面：

（1）一故障报警号为依据，对故障进行诊断。主要是对数控机床的自诊断功能进行利用，以显示器上所显示的报警信息为依据，并与机床维修手册当中所提供的故障信息代码含义相结合，进而对故障进行定位。

（2）以PLC的I/O状态为依据，对故障进行诊断[3]。基于数控机床当中，CNC系统、PLC及机床间是经I/O接口实现信号的传递的，I/O接口当作是信息传递及控制的渠道，一些故障能够在PLC的I/O接口的状态反映出来。在对相关控制对象的正常状态及故障状态熟悉之后，对I/O接口的工作状态进行灵活利用，便极易查找出故障原因。

（3）利用PLC梯形图对故障进行诊断。PLC程序是根据控制对象的控制原理进行设计的，大部分PLC均使用梯形图当作编程语言，通过对梯形图与机床相结合的工作原理及联锁关系，能够便于对有关输入输出及标志位的情况加工确定。对于存在梯形图监控功能的数控系统，还能够在线对程序的运行进行监控，对I/O与标志位情况的瞬间变化进行观察。在故障发生的情况，通过对胸自诊断功能的利用，或者通过机外编程器，便能够以PLC的动作原理为依据，进一步快速将故障进行诊断，并采取相应的有效排除措施。

2.2诊断步骤

通过PLC对数控机床的故障进行诊断时，首先需要熟悉机床的各组成部分，包括各执行机构的动作顺序、工作原理及各部分检测开关的安装位置等。同时，还需要对各机构动作进行充分了解，包括启动、定值及松开等。能够读懂PLC梯形图，并且能够利用经常使用到的测量仪器完成检测工序。在排除故障的过程中，需依照下述步骤进行：

首先，存在报警号。第一步需查维修手册，找到与之对应的故障内容，并对故障部位加以确定，进而对相对应的程序段进行查找，并对其逻辑关系进行分析。然后，和机床相结合，现场在线分析每一个可疑点，检查输入信号对应的输出是不是和PLC的逻辑控制关系相符合。如果符合，则属于正常点;反之，则为故障点。在找出故障点后，需以电路图为依据，对发生故障的元器件进行查找，并及时调整或更换，以此将故障彻底排除。

其次，如无报警号。需与机床的工作原理及各个部件间的动作顺序相结合，依照维修手册，通过故障现象对故障位置进行确定，然后通过对梯形图进行应用，对具体模块的相关信号进行检测。

最后，对资料进行整理，并做好故障维修的记录工作。

2.3实际案例分析

某数控机床在换刀指令的情况下不发生动作，机械臂停留在行程中间位置，CRT显示报警号[4]。

通过报警号查手册发现，报警内容是换刀系统机械臂检测开关信号为“0”。表明，刀库换刀位置错误。以换刀系统工作原理及动作顺序得知，此故障发生于换刀装置与刀库2部分间，通过对PLC输入接口状态查找可发现，PLC输入接口无检测信号接收，致使机床换刀过程发生中断。相关原因包括：其一，对于运动部件到位信号的检测，检测开关没有完成;可能在液压或机械等方面发生故障。其二，可能是接近开关发生失灵现象。

首先对刀库当中的接近开关进行检查，发生开关为正常。然后，通过手动对机械臂缩回动作的电磁阀进行控制，进而将机械臂退回到“臂缩回”位置，机械复原。表明手控电磁阀能够对换刀位置进行定位，以此将液压及机械两方面的故障排除。进而表明可能是操作或PLC参数设置不合理导致故障。通过操作观察，并与《操作手册》相结合，得出结论：操作换刀时间比PLC规定的要求小，在PLC程序执行错误的情况下发生报警。在对相应程序修改完成之后，故障得到有效排除。

3.结语

在经济及科技逐渐进步的背景下，技术在工业领域的应用越来越广泛。其中，在数控机床的故障诊断过程中，PLC起到了至关重要的作用。大致上分析，PLC在数控机床上的应用在很大程度上提升了故障诊断的速度，同时使数控机床的工作效率得到有效提高。但同时，也存在较为明显的问题，如我国现有的PLC不具完善性，为了使数控机床故障诊断更具实效性与科学性，笔者认为在今后发展过程中，重点工作便是推进PLC的发展。

参考文献：

[1]程艳.数控机床故障诊断中PLC的应用研究[J].石家庄学院学报，2014，03：43-46.

[2]雷晓松.PLC在数控机床故障诊断中的应用[J].黑龙江科技信息，2012，29：23-24.

[3]李宪文.浅析PLC在数控机床故障诊断中的运用[J].中国新技术新产品，2012，14：10-12.