使用PLC可编程控制器对数控机床进行故障诊断

1、数控机床PLC的故障特点

PLC在数控机床上起着连接NC与数控机床的桥梁作用。一方面，系统操作面板的控制信号先是进入NC，然后由NC送到PLC。在可编程控制器的控制下，给数控机床发出控制指令，控制油泵、电磁阀、继电器、指示灯等，并将状态信号发送到NC；另一方面，在对大量开关信号处理过程中，任何一个信号没有检测到，任何一个执行元件不动作，都会使数控机床出现故障。在维修中，此类故障在数控机床的故障中占很大比例。因此，掌握使用PLC诊断设备故障是十分重要的。

与PLC有关的故障应首先确认PLC的运行状态是什么。例如一台配备三菱FX2N-32ER系统的数控机床，PLC动作原理如图1所示。当机床通电后，按下系统操作面板的控制按钮，所有外部动作都不执行(即PLC的输出无动作)，检测PLC后，发现由于导电性异物，导致PLC失控，则WDT出错，LED灯闪亮。将PLC异物清理后，重新送电，机床恢复正常。还有当PLC因外部信号的原因，而产生中断时，本身不能完成自启动，需要通过可编程器控制器手动启动。维修人员在分析与PLC相关的故障时，应先了解PLC正常运行时的情况。了解PLC故障产生时，哪些输出结果是不正常的。例如数控机床抬升停止是因为PLC向系统发出了电磁阀吸合，而油路没有产生油压，进料无法自动完成。PLC和NC之间的一些故障，有时是在NC上，即输入信号源的问题导致PLC的动作错误，对于机床维修的工作人员，应该熟悉各个输入部件的功能和作用以及该元件老化后容易出现在PLC上的问题。

图1 PLC运行状况框图

2、PLC故障的检测方法

2.1 根据可编程控制器内部的故障类型诊断故障

一般来说，数控机床的PLC程序都是机床厂家根据设备实现的功能而二次开发的，不同种类的机床，开发不同类型的操作指令、动作顺序以及报警文本。当机床运行时，监控程序对出现的异常情况，发出相应报警。维修中要注意这些报警。

维修实例1：某数控拉拔机的液压系统在自动旋转拉拔铜管过程中指令不动作，运行一段时间后，就自动停止，且没发现明显的异常。CRT显示某报警信号，查手册得知该报警表示变频电机过负荷或照相机损坏。检测PLC后发现是camera开关信号为“0”，即camera无信号。
根据报警内容，可诊断故障发生的具体位置，由于相应的位置检测开关无信号送至PLC的输入端，从而导致PLC无法正常输出。造成camera无动作的可能原因有两个：一是由于照相机接线损坏，使得信号无法传输到PLC；二是camera本身发生故障导致没有开关信号。首先检测camera的信号屏蔽线是否损坏，通过检测发现屏蔽线正常，屏蔽线接头也良好，无不良触点。camera本身的检测，发现camera能正常开机，且有图像，但是图像模糊，经过仔细检测发现，由于camera的镜头被高温拉拔油弄脏，导致camera图像不正常，无法检测铜管断点，导致系统报警出错。

维修实例2：CK6150数控车床在进行螺纹加工时出现乱牙，运行一段时间后，发现加工时螺纹时好时坏，且系统在自检过程中PLC有时会有报警。查手册得知该报警表示光电编码器故障或接线问题。因为加工螺纹时好时坏，怀疑是线路的问题。PLC在运行中提示电机的动作异常。重新接线后发现问题依旧，然后更换光电编码器，更换后运行正常。后经仔细询问得知，操作工在用天车吊起工件过程中，碰到了光电编码器，使编码器发生故障。由于编码器的故障导致伺服电机的运动异常，导致PLC检测电机运行程序时出错。

图2 PLC诊断过程框图
2.2 根据程序的工作原理诊断故障

利用数控机床的PLC的程序诊断功能，可以很方便地查找故障类型和位置。例如：使用西门子S7-300PLC，如图2所示。使用外接电脑，打开PLC内部程序。首先打开诊断功能，对程序进行检查，在发现问题的地方，采用步进指令，一步一步运行，观察设备的动作情况；如没有这个动作，查看与该动作相关的条件(常闭、常闭触点、线圈)是否满足；如果不满足，查看该触点由那些线圈控制，这样可以很快地查到没有输出的地址，检查与此地址相关的执行元件是否正常。通过梯形口的检测，可以很快地找到问题的所在。但是也要求维修人员对该型号的PLC有很深入地了解。

维修实例1：数控拉拔机总是在运行一段时间后，就自动停止运行，PLC报警提示电机过热。首先打开STEP7编程软件。打开“PLC”→“Diagnostics/Setting”→“Diagnose Hardware”，快速查看硬件故障信息：“STOP because engine_on is Failure”。根据故障信息，在STEP7中打开OB模块中的FB10程序，其中包含发动机的梯形图和多重背景数据，查看其中与发动机报警出错相关的线圈和触点。在梯形图中发现由于电机风扇接线损坏，造成电机风扇触点没有闭合，从而主电机过热，温度传感器报警。断开主电机回路，通过PLC可以很快地查找故障点，并且对故障的范围也有一个确定。

维修实例2：数控机床中对电机的转速控制是非常重要的。一方面它反应了光电编码器是否正常工作，另一方面也表现了电机的转速波动。本程序检查电机实际速度是否大于或等于预设的速度。在大于或等于预设速度时，则输出＃Preset_Speed_Reached(预设速度值达到)；在发现电动机低于预设速度时，则产生报警。