PLC在数控机床故障诊断中的应用

阎杰

摘 要：当数控机床出现PLC方面的故障时，一般有三种表现形式：CNC故障报警；有CNC故障显示，但不反映故障的真正原因；没有任何提示。对于后两种情况，根据PLC的梯形图和输入、输出状态信息来分析和判断故障的原因，这种方法是解决数控机床外围故障的基本方法。本文总结了一些行之有效的数控机床PLC故障诊断方法。

关键词：PLC；数控机床；故障；诊断

一、数控机床PLC故障的表现形式

（一）根据数控系统的显示情况分为三种。（1）故障报警可直接找到故障原因。随着科学技术的发展，数控系统功能不断完善，特别是自诊断技术的发展，越来越多的数控机床具有这种故障诊断报警功能，对数控维修人员来说，机床的故障诊断与维修变得越来越简单。（2）有CNC故障显示但不反映故障的真正原因。一般数控机床的故障诊断功能不很完善，当出现故障，CNC报警信息只能大概指出故障部位，有时CNC报警信息显示的内容与报警部位毫无关系，可能误导维修人员，这时维修人员需要根据自己的经验和数控机床的具体情况综合分析判断，才能找出故障的真正原因。（3）出现故障没有任何显示。因为数控系统没有该故障方面的检测，CNC没有任何提示显示，维修人员不知道从何下手，只能根据数控机床的具体故障现象，综合理论分析判断。当涉及线路板维修时，由于没有技术图纸，有时需要自己绘制草图，维修难度较大。

数控系统发出换刀指令，刀架电动机旋转执行换刀动作。若数控系统内有相应的检测软件，外围有相应的检测硬件，既检测电动机的旋转情况，又检测刀架到位信号及应答信号。当出现故障时，数控系统报警显示，并指出是哪一个器件出现问题。这样根据CNC故障报警信息便可直接找到发生故障的器件。若数控系统仅检测刀架应答信号，当出现故障时，系统仅能指出是电动刀架出现问题，不能报警指出具体发生故障的器件，这就需要维修人员继续排查。若数控装置发出换刀指令，经过一段时间延时后，不再检测刀架应答信号而执行后面的程序。如果此时刀架旋转不到位，而数控系统又没有任何提示，就有可能出现重大事故。因此操作人员一定要注意紧急停车。

（二）根据PLC输入/输出信号分为两种。（1）输入信号故障。PLC主要完成顺序控制，当没有信号输入，逻辑条件不满足，PLC就不能执行下一个动作。一般出现故障时，输入信号只有一个条件不满足，同时出现两个条件不满足可能想较小。这时可根据梯形图分析输入信号无效的原因，进行故障的进一步分析，直到找到故障产生的原因。（2）输出信号故障。输出信号方面主要是控制元件或执行元件故障，一般情况经常出现有机械动作的零件损坏。若执行机构出现故障，造成顺序控制的下一个动作输入条件不能满足，顺序控制就不能正常进行。

二、数控机床PLC故障诊断方法

（1）根据报警号诊断故障。现代数控系统有丰富的自诊断功能，能在显示器上显示故障的报警信息，为维修人员提供机床的各种状态信息，充分利用这些状态信息，能够迅速排除故障。（2）根据控制对象的工作原理诊断故障数控机床的PLC程序是按照控制对象的工作原理设计的，通过对控制对象工作原理的分析，结合PLC的I/O状态是诊断故障很有效的方法。（3）通过PLC梯形图诊断故障。根据PLC的梯形图来分析和诊断故障是解决数控机床外围设备的基本方法。如果采用这种方法诊断机床故障，首先应该查清机床的工作原理、动作顺序和联锁关系，然后利用CNC系统的自诊断功能或通过机外编程器，根据PLC梯形图查看相关的输入、输出及标志位的状态，以确定故障原因。（4）动态跟踪梯形图诊断故障。有些PLC发生故障时，查看输入输出及标志状态均为正常，此时必须通过PLC动态跟踪，实时跟踪输入输出标志状态的瞬间变化。根据PLC动作原理作出诊断。（5）根据动作顺序诊断故障。数控机床上刀具及托盘等装置的自动交换动作，都是按一定顺序来完成的。因此，观察机械装置的运动过程，比较故障和正常时的情况，就可发现疑点，诊断出故障原因。（6）根据PLC的I/O状态诊断。在数控机床中，输入输出信号的传递，一般要通过PLC的I/O接口来实现，因此一些故障会在PLC的I/O接口通道上反映出来。

综上所述，PLC故障诊断的要点是：（1）要了解数控机床各部分检测开关的安装位置。如数控车床的旋转刀架和尾架、接近开关、加工中心的机械手和回转工作台等，要清楚检测开关作为PLC输入信号的标志。（2）要了解各种条件标志。如夹紧、放松、启动、停止等标志信号。借助编程器跟踪梯形图的动态变化，分析故障的原因，根据机床的工作原理作出正确的诊断。（3）要了解执行机构的动作顺序。如液压缸、气压缸的电磁换向阀等，要清楚对应的PLC输出信号标志。

参考文献：

[1] 龚仲华.数控机床故障诊断与维修500例[M].机械工业出版社，2004.