西门子模块6ES7222-1BF22-0XA8使用选型

西门子模块6es7222-1bf22-0xa8使用选型

1 引 言

　　地铁的供电系统为地铁运营提供电能。无论地铁列车还是地铁中的辅助设施都依赖电能。地铁供电电源一般取自城市电网，通过城市电网一次电力系统和地铁供电系统实现输送或变换，然后以适当的电压等级供给地铁各类设备。

　　地铁全面采用变电站自动化设计，由于变电站数量多、设备多，在加上其完善的综合功能，信息交换量大，而且要求信息传输速度快和准确无误。在变电站综合自动化系统中，监控系统至关重要，是确保整个系统可靠运行的关键。

　　变电站自动化系统，经过几代的发展，已经进入了分散式控制系统时代。遥测、遥信、遥控命令执行和继电保护功能等均由现场单元部件独立完成，并将这些信息通过通讯系统送至后台计算机系统。变电站自动化的综合功能均由后台计算机系统承担。

　　将变电站中的微机保护、微机监控等装置通过计算机网络和现代通信技术集成为一体化的自动化系统。它取消了传统的控制屏台、表计等常规设备，因而节省了控制电缆，缩小了控制室面积。

　　2 地铁变电站自动化系统组成

　　在本地铁变电站自动化系统设计中，采用分层分布式功能分割方案。系统纵向分三层，即变电站管理层、网络通讯层和间隔设备层。分层式设计有利于系统功能的划分，结构清晰明了。系统采用集中管理、分散布置的模式，各下位监控单元安装于各开关柜内，上位监控单元通过所内通信网络对其进行监视控制。变电站自动化系统需要对35kv交流微机保护测控装置、直流1500kv牵引系统微机保护测控装置、380/220v监测装置、变压器及整流器的温控装置、直流/交流电源屏等设备进行监控和数据采集。

　　由于可编程序控制器技术经过几十年的发展，已经相当成熟。其品种齐全，功能繁多，已被广泛应用于工业控制的各个领域。用plc来实现地铁变电站自动化的rtu功能，能够很好地满足“三遥”的要求。本系统采用了modicon系列plc，来实现变电站自动化的rtu功能。具有模块化，可扩展的体系结构，用于工业和制造过程实时控制。对应于变电站的电压等级和点数的多少，可以选用大、中、小型不同容量的plc产品。

　　随着当地保护装置功能的日益强大，可以通过与保护装置的通讯来实现遥控和遥信功能。一些特殊要求的情况下，采用di、do、ai模块来实现遥控和遥信。使用plc的di模块来实现遥信、用plc的do模块来实现遥控、用plc的ai模块来实现遥测、用plc的通信功来完成与微机保护单元的通讯。利用plc的各种模块可以很方便的实现“三遥”基本功能。

　　3 地铁变电站自动化系统设计

　　3.1 系统结构

　　变电站管理单元内的主监控部分采用可编程控制器plc。cpu模块采用80586处理器,主频66mhz，内存2m，并配有存放数据、可调参数和软件的ram和plc自动化系统实现变电站自动化的rtu功能设计flash memory。能对cpu及i/o进行自诊断。

　　电源模块，采用冗余配置。电源采用冗余配置，系统输入两路直流

间隔层的微机保护装置经过rs-485总线分成几个组，连接到网桥的modbus通讯口上，通过网桥收集数据并将这些数据通过mb网络送到主监控单元plc。

　　系统的主监控单元可通过可编程网桥编制不同的规约，满足与不同智能设备之间的接口需要。modbus网桥nw-bm85c002mb 网桥/多路转换器，每台网桥具有4个通讯口与间隔层的智能设备通讯，网桥将modbus协议的数据进行协议转化，通过mb网络与plc建立网络通讯;同时在中央信号屏中还配有可编程网桥nw-bm85c485，通过mb网络与plc连接，每个可编程网桥具有四个通讯协议可编程的rs-485口，在本方案中对其中的两个口进行编程，使之通过iec-60870-7-101与中央控制中心通讯。

　　系统网络通讯层向上通过可编程网桥的rs-422接口采用iec60870-5-101规约实现与控制中心通讯;向下网络通讯层通过网桥rs-422接口modbus标准规约实现与主变电站内的各开关柜或保护屏内的微机综合保护测控单元等智能装置通讯，满足变电所综合自动化系统控制、测量、保护的技术要求。通过网桥与智能设备及控制中心通讯，由网桥实现协议转换，降低plc的cpu模块负荷率，提高系统的可靠性。

　　配置液晶显示器，用于变电所内监控、软件维护，设备调试，站控层操作等人机接口。带有液晶显示器实现站内数据的显示和控制。液晶显示以汉字实时显示所内所有事故、预告信号、所内各微机综合保护测控单元的运行状态。事件变位的内容、时间等。当多个事故信号同时发生时,液晶显示报警装置按新旧次序，在所内时间分辨率的范围内依次显示各种信息,并能存储。操作员通过按钮对显示进行选择,必要时操作员可通过该组操作按钮对开关进行所内集中控制。

　　“就地-远方”控制切换装置。为便于系统运行的需要，在中央信号屏内装有“就地-远方”切换开关，实现就地控制和远方控制之间的方式切换和闭锁。在变电站控制上，方便分层控制和管理。

　　系统的电源采用冗余配置，系统输入两路直流电源，保证系统在一路电源失电时，系统仍可无扰动安全运行，提高系统的可靠性。

　　3.2 开放式、宜扩展性设计

　　可以与满足相应标准规约(profibus, spabus,modbus等)的其它公司相关的(ied)互联进行信息交换。充分考虑到变电站扩建、改造等因素，间隔层设备基于模块式标准化设计，可根据要求随意配置，变电站层设备设置灵活。

　　网络通讯层设计考虑到工业以太网、can、422、modbus＋等现场总线的接口设计，能充分满足大流量实时数据传送的实时性和可靠性。

　　3.3 软件设计

　　plc软件方面，由于plc以循环扫描和中断两种方式来执行程序。为了完成所有rtu功能，plc采用循环扫描方式，与各个间隔层保护单元进行通讯。通过modbus总线，读取各个保护单元的遥测、遥信信息，同时通过总线通讯对各个智能保护装置进行设点操作，实现对开关的遥控功能。本系统采用了系列plc配套的concept编程软件中的fbd方式，进行了plc的组态，实现了变电站自动化的三遥功能。

　　如图2所示的遥控功能的组态。通过使用合适的功能块的组合，可以实现你所要的功能。其中的功能块有concept软件的ffblibarary 提供的标准功能块，也可以自己定义，自己独特的功能块。

　　遥信的实现，有两种方式。一种是通讯方式，当变电站设备发生变位时，通过plc与智能保护装置的通讯，读取变位的信息到plc中，并将其上送给控制中心。另一种为di模块方式，通过连接设备的位置继电器，plc的di模块能够感知设备的变位信息。

　　图2 遥控功能的组态

　　遥测的实现也包含两种方式。一种是通讯方式，plc通过与智能保护装置的通讯，实时获取保护装置采集的遥测量信息，相当于由保护装置完成现场级的采集功能。另一种为ai模块方式，由plc自己来完成现场的遥测量采集，并将采集到的数据存放在ram中。网桥将ram中的遥测量信息，作为二级数据，实时的与控制中心进行通讯。

　　网桥中的报文接收分析程序分析控制中心传来的报文，如果分析认为其是遥控报文，对其进行报文解析，将获取的遥控对象信息写入plc，由plc程序与智能保护装置通讯，来完成遥控功能。

　　3.4 系统功能及特点

　　变电站自动化实施对变电站各种设备进行实时控制和数据采集，实现对各种设备的微机控制、监视、逻辑闭锁、微机测量以及实现所间开关联跳功能。

　　变电站自动化系统的特点：

　　(1)完善的自检功能，除通过通信对各单元进行监控外，各单元中保护和监控模块都具有极强的自检功能，同时二者相互监视，一旦发生异常，及时报警，提高系统运行可靠性。

　　(2) 开关、刀闸状态信息采用常开及常闭双位置接点，通过软件判断其合法性。

　　(3) 监控系统采用plc代替传统的rtu，各智能模块采集的数据通过现场总线上传到通讯控制器。

　　(4) 取消了常规光字牌，采用计算机模拟光字牌，并按不同电压等级的分层模式来显示。

　　(5)简化防误闭锁设计，重要设备之间用硬接线实现闭锁功能，综合自动化软件具备软件逻辑判别功能，但考虑到已有运行和检修经验，一般不在后台软件中进行闭锁。

　　(6) 对暂态变位信号，经软件处理，采用自保持方式，未经人工确认信号不会消失。

　　4 结束语

　　在实际运行中，网桥与控制中心的双通道设计，给运营和检修带来了很大的便利。因为是软件自动切换，克服了进口系统手动切换通道的缺点，通道的状态由软件来判断，大大提高了发现问题的及时性。双通道同时出现故障的概率并不是很高，实际运营中有在备用通道长时间运行的情况，这样就给检修人员预留了充足的时间来检查问题。

　　plc硬件由于应用工业级可靠性设计，因此实际运行中非常可靠，绝少出现死机的情况，可靠性远高于采用bbbbbbs操作系统的通用计算机，很好的满足了供电监控的要求。从交付使用到现在plc还没有出现过硬件故障，凸显了plc对地铁的潮湿、高温环境的适应性。模块化的设计也使的系统的检修和更换更为便捷。

　　需要更改进的方面，就是对通信的改进。由于设计中没有采用光纤通讯模块，各设备对由绝缘检修和线缆破损窜进来的高压电，不能非常有效的隔离，会造成设备的高压击穿，造成不必要的损失，计划在今后的设计中对于高电压的隔离方面加以改进，就可以很好的避免这种问题。

在居民生活用水、工业用水、各类自来水厂、油田、油库、锅炉定压供热和恒压补水喷淋及消防等供水系统中，采用传统的水塔、高位水箱、气压增压等设备，不但占地面积和设备投资大，维护困难，且不能满足高层建筑、工业、消防等高水压、大流量的快速供水需求。另一方面，由于供水量的随机性，采用传统方法难以保证供水的实时性，且水泵的选取往往是按大供水量来确定，而高峰用水时间较短，这样水泵在很长一段时间内有较大余量，不仅水泵效率低，供水压力不稳，而且造成大量电力浪费。这里介绍一种由可编程控制器控制的变频恒压供水系统，它既能解决人工操作的繁杂劳动和精神压力，又能节约能源。

1、系统介绍

图1

　　变频恒压供水控制系统由plc控制器、触摸屏显示器、变频调速器、压力变送器、水位变送器、交流接触器等其它电控设备以及3台水泵（水泵数量可以根据需要设置）和一台小流量泵等构成，如图1所示。在供水系统总出水管上安装压力变送器检测出水压力，在蓄水池安装液位变送器，plc具有模拟量输入检测模块，检测压力变送器和液位变送器输出的4-20ma信号，将检测的压力信号与设定的压力信号经过pid运算后，通过控制变频器的输出频率来调整电动机的转速，保持供水压力的恒定，这样就构成了以设定压力为基准的压力闭环系统;自动检测水池水位信号与设定的水位低限比较，输出水位低报警信号或直接停机。触摸屏显示器可以显示电源电压、电流、变频器输出频率、实际供水压力和设定供水压力和各泵的工作状态等信息;可以通过触摸屏在线修改设定供水压力和控制水泵的运行。该系统还设有多种保护功能，尤其是强电逻辑硬件互锁功能，从而保证正常供水，且可以做到无人值守。

2、工作原理

　　该系统具有手动和自动两种运行方式：

　　2.1手动运行方式

　　选择此方式时，按启动按钮泵或停止按钮，可根据需要而分别启停各水泵。这种方式仅供检修或控制系统出现故障时使用。

　　2.2自动运行方式

　　2.2.1启动程序

　　在自动运行方式下开始启动运行时，首先检测水池水位，若水池水位符合设定水位要求，1#泵变频交流接触器吸合，电机与变频器连通，变频器输出频率从0hz开始上升，此时压力变送器检测压力信号反馈plc，由plc经pid运算后控制变频器的频率输出;如压力不够，则频率上升至50hz，延时一定时间后，将1#泵切换为工频，2#泵变频交流接触器吸合，变频启动2#水泵，频率逐渐上升，直至出水压力达到设定压力，依次类推增加水泵。

　　2.2.2水泵切换程序

　　如用水量减小，出水压力超过设定压力，则plc控制变频器降低输出频率，减少出水量来稳定出水压力。若变频器输出频率低于某一设定值（水泵出水频率，一般为25hz），而出水压力仍高于设定压力值时，plc开始计时，若在一定时间内，出水压力降低到设定压力，plc放弃计时，继续变频调速运行;若在一定时间内出水压力仍高于设定压力，根据先投先停的原则，plc将停止正在运行的水泵中运行时间长的工频泵，直至出水压力达到设定值。

　　2.2.3启动小流量泵

　　对于居民生活供水或其它用水时段性较强的供水系统，可设置一台小流量水泵。例如在晚上12点到凌晨5点，居民生活用水很少，一台30kw的水泵为了维持供水压力也需要长时间工作在25hz左右，电动机不仅要消耗十几个千瓦的电能，同时还要长期工作在低频状态，大大影响电动机的寿命。若系统中设置一台5kw左右的小流量水泵，为了维持出水压力，由小流量水泵变频工作，不仅电动机工作在较高频率，而且消耗的电能也很小。在小流量水泵的选择上，其功率一般是主水泵功率的1/4到1/6，扬程和主泵相同。

　　2.2.4 水池水位检测

　　在自动供水的过程中，plc实时检测水池水位，若水位低于设定的报警水位时，蜂鸣器发出缺水报警信号;若水位低于设定的停机水位时，停止全部水泵工作，防止水泵干抽，并发出停机报警信号;若水池水位高于设定的水池上限水位时，自动关断水池给水管电动阀门。

　　2.2.5 自动启动

　　有时电源会突然断电，若无人值班，恢复供电后若系统无法启动会造成断水，为此本系统设置了通电后自动变频启动方式。在电源恢复后，plc会发出指令，蜂鸣器发出警告，然后按自动运行方式变频启动1#泵，直到稳定地运行在给定水压值。

　　2.2.6 消防报警 当出现消防报警信号时，系统立即按照消防压力运行。

　　2.2.7 故障处理

　　变频故障从冗余设计原则考虑，在变频器发生故障时也要不间断供水。当变频器突然发生故障，蜂鸣器报警，plc发指令使全部水泵停机，然后1#泵工频运行（若水泵功率大于37kw，则需要采用降压启动或其它启动方式），经一定延时后根据压力变化情况再使2#泵工频运行。此时，plc切换泵则根据实际水压的变化在工频泵间切换。当出现水池无水停机、电动机欠压、过压、错相、电机故障等情况时，均能由蜂鸣器发出警报声。条件许可时可以添加modem模块，在变频器、电动机发生故障时能通过远程通信口拨叫值班人员电话，通知有关人员前来维修。所有故障解决、恢复正常后，自启动前也要发出报警信号。

3、控制系统配置及软件编程

　　3.1控制系统硬件配置

　　3.1.1 plc的选择

　　可编程序控制器采用siemens的s7-200系列cpu-226主机，i/o点数为40点（24个输入点和16个输出点），具有2个rs-485通讯/编程口，具有ppi通讯协议、mpi通讯协议和自由方式通讯能力。自由通讯口方式是s7-200plc的一个很有特色的功能，它使s7-200plc可以由用户自己定义通讯协议。利于自由通讯口方式，在本系统中plc可以与变频器和触摸屏方便连接。模拟量输入采用4路12位a/d模拟量输入的em231模块，具有较高的精度。plc编程采用step7-micro/win编程软件，它提供一个完整的编程环境，可进行离线编程和在线连接和调试，并能实现梯形图与语句表的互相转换。

　　3.1.2 变频器及控制方式选择

　　在传统的变频控制系统中，变频器的启动/停止由plc通过开关量输出控制，变频器频率是由plc通过模拟量输出端口输出0～5（10）v或4～20ma信号控制的，这需要购买plc比较昂贵的模拟量输出端口模块。对变频器故障的检测是只是由plc读取变频器的故障报警触点，只是知道变频器出现故障，但具体什么故障并不清楚，需操作人员查询变频器报警信息后再阅读变频器说明书才知道，这对于一般值班人员来说太难了。

　　因此在本系统中plc对变频器的控制是通过串行通讯的方式实现的，变频器选用siemens的mm系列或abb的acs-400系列风机/泵类专用变频器，它们具有rs-485通讯接口，性价比较高。plc通过自由通讯口方式与变频器通讯，控制变频器的运行，读取变频器自身的电压、电流、功率、频率、累计运行时间和过压、过流、过负荷等全部报警信息等参数，并通过触摸屏显示出来，这比通过外部端口控制变频器的运行具有较高的可靠性，节省了plc宝贵的i/o端口，又获的了大量变频器的信息。

　　3.1.3 触摸屏

　　触摸屏选用台湾hitch公司生产的pws系列，它具有丰富的驱动程序，可方便地通过串口与s7-200系列plc通讯。通过触摸屏可以直观地显示各泵的运行状态、管网实际出水压力、设定压力、变频器的电压、电流、功率及各种故障信息等参数;操作人员通过触摸屏可以方便的在线设置生活供水压力、消防供水压力、变频器加减速时间、各泵的在线/检修状态等参数，并可以通过触摸屏控制各水泵的运行。

　　3.1.4 控制电路设计

　　在控制电路设计中，注意到系统自动/手动转换、每台水泵的变频接触器和工频接触器、各水泵的变频接触器在电气上的连锁，防止系统中出现一台水泵工频和变频电源同时接通或多台水泵同时接通变频电源的现象。系统主要控制回路如图2所示。

图2

　　3.2 plc软件编程

　　整个系统plc既有开关量和模拟量的输入/输出，又有与变频器和触摸屏的通讯，因此在plc控制软件编程上采用模块式结构，各种功能的程序模块通过主程序有机地结合起来，使系统运行稳定可靠。

　　在主程序中，plc上电初使化，检测系统各部分状态信息，若有报警信息则首先发出警告，若无报警信息，则开始从1#泵（1#泵被切除出系统，则从泵号小的在线泵）变频启动，实时检测出水压力并进行pid运算，控制变频器的输出频率，保持供水压力恒定;若变频器频率达到50hz延时几秒后，出水压力仍低于设定压力，则将1#泵切换为工频，变频启动2#泵以保持压力恒定并依此类推。若出水压力超过设定压力，则变频器降低输出频率来稳定出水压力。若变频器输出频率低于设定水泵出水频率而出水压力仍高于设定压力值时，延时一段时间后根据先投先停的原则，停止正在运行水泵中运行时间长的工频泵，直至出水压力达到设定值。若系统只有一台水泵变频运行且连续一段时间频率低于设定出水频率，则切除变频运行主泵，投入小流量泵，既保护主泵电动机，又节约能源。

4、结束语

　　在供水系统中采用变频调速运行方式，可根据实际需要水压的变化自动调节水泵电机的转速或加减泵，实现恒压供水，节能降耗;系统增加了小流量泵，延长主泵电动机使用寿命。变频器故障后仍能自动运行，基本保障了不间断供水，同时采用plc与变频器通讯的方式控制变频器运行，具有一定的先进性。

　　目前该系统已有十几套投入使用，运行情况良好，操作直观方便，节能效果明显，受到用户好评。

plc在数控机床上起着连接nc与机床的桥梁作用，一方面，它不仅接受nc的控制指令，还要根据机床侧的控制信号，在内部顺序程序的控制下，给机床侧发出控制指令，控制电磁阀、继电器、指示灯，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，任何一个信号不到位，任何一个执行元件不动作，都会使机床出现故障。在数控机床的维修过程中，这类故障占有比较大的比例。因此掌握用plc查找故障的方法很重要。

    1 与plc有关的故障特点

   (1)大多数有关plc的故障是外围接口信号故障，所以在维修时，只要plc有些部分控制的动作正常，都不应该怀疑plc程序。如果通过诊断确认运算程序有输出，而plc的物理接口没有输出，则为硬件接口电路故障。

   (2)硬件故障多于软件故障，例如当程序执行m07(冷却液开)时，机床无此动作，大多是由外部信号不满足，或执行元件故障，而不是cnc与plc接口信号的故障。

    2 与plc有关故障检测的思路和方法

    2.1 根据故障号诊断故障

   数控机床的plc程序属于机床厂家的二次开发，即根据机床的功能和特点，编制相应的动作顺序以及报警文本，对过程进行监控。当出现异常情况，会发出相应报警。在维修过程中，要充分利用这些信息。

   例1：某数控机床的换刀系统在换刀指令时不动作，机械臂停留在行程中间位置上，crt显示报警号。查手册得知该报警号表示：换刀系统机械臂检测开关信号为“0”即“刀库换刀位置错误”。

   根据报警内容，可诊断故障发生在换刀装置和刀库两部分，由于相应的位置检测开关无信号送至plc的输入口。从而导致机床中断换刀。造成开关无信号的原因有两个：一是由于液压或机械上的原因造成动作不到位而使开关得不到感应；二是接近开关失灵。首先检查刀库中的接近开关，用一薄金属片接近感应开关，以排除接近开关失灵的可能性。通过检查发现开关正常。因机械臂停留在中间位置，所以两个信号都为“0”。

   机械装置检查：“臂缩回”的动作是由电磁阀yv21控制的，手动该电磁阀，把机械臂退回至“臂缩回”位置，机械恢复正常。这说明手控电磁阀能使换刀位置定位，从而排除了液压或机械上的阻滞造成换刀系统不到位的可能性。

   由以上分析可知，plc的输入信号正常，输出动作无误，问题在操作不当或plc设置不当。《操作手册》中要求：连续运行中，两次换刀间隔时间不得小于30s。经过操作观察，两次换刀时间间隔小于plc规定的要求，从而造成plc程序执行错误引起报警。修改了相应的程序后，故障排除。

    2.2 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照一定的顺序来完成的，因此，观察机械装置的运动过程，比较正常和故障时的情况，就可发现疑点，诊断出故障的原因。

    例2：某立式加工中心自动换刀故障。

    故障现象：换刀臂平移到位后，无拔刀动作。

   自动换刀控制如图1所示。atc的动作起始状态是：主轴保持要交换的旧刀，换刀臂在b位置，换刀臂在上部位置，刀库已将要交换的新刀具定位。自动换刀的顺序为：换刀臂左移(b→a)→换刀臂下降(从刀库拔刀)→换刀臂右移(a→b)→换刀臂上升→换刀臂右移(b→c，抓住主轴中刀具，)→主轴液压缸下降(松刀)→换刀臂下降(从主轴拔刀)→换刀臂旋转1800(两刀具交换位置)→换刀臂上升(装刀)→主轴液压缸上升(抓刀)→换刀臂左移(c→b)→刀库转动(找出旧刀具位置)→换刀臂左移(b→a返回旧刀具给刀库)→换刀臂右移(a→b)→刀库转动(找下一把刀)。

图1 自动换刀控制示意图

    换刀臂平移至c位置时，无拔刀动作，分析原因，有几种可能：

   (1)sq2无信号，所以未输出松刀电磁阀yv2的电压，主轴仍处于抓刀状态，换刀臂不能下移。

    (2)松刀接近开关sq4无信号，则换刀臂升降电磁阀yvl状态不变，换刀臂不下降。

   (3)电磁阀有故障，给予信号也不动作。逐步检查，发现sq4未发出信号。进一步对sq4进行检查，发现感应间隙过大，导致接近开关无信号输出，产生动作障碍。将感应间隙δ调至1111111，故障消除。

    2.3 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控制原理来设计的，通过对控制对象的工作原理的分析，结合plc的i/o状态来进行检查。nextpage

    例3：数控车床工件夹紧故障。

   故障现象：该车床配备fanuc一0t系统，当脚踏尾座开关使套筒顶进工件时，系统产生报警。尾架套简的示意图和plc输入开关分别如图2和图3所示。

   故障诊断：在系统诊断状态下，调出plc输入信号，发现脚踏开关输入x04.2为“1”，尾座套筒转换开关x17.3为“1”，润滑油液面开关x17.6为“1”。调出plc输出信号，当脚踏向前开关时，输出y49.0为“1”，同时电磁阀也得电。这说明系统plc输入输出状态均正常。因此，尾座套筒液压系统有问题。

   析图2：当电磁阀yv4.1得电后，液压油经溢流阀、流量控制阀和单向阀进入尾座套筒液压缸，使其向前顶紧工件。松开脚踏开关后，电磁换向阀处于中间位置，油路停止供油，由于单向阀的作用，尾座套筒向前时的油压得到保持。该油压使压力继电器常开触点接通，在系统plc输入信号中x00.2为“1”，但检查系统plc输入信号x00.2为“0”，说明压力继电器触点信号有问题。经进一步检查发现其触点开关损坏，从而造成plc输入信号为“0”，系统认为尾座套筒未顶紧而产生报警。更换一新的压力继电器后，故障排除。

图2 尾建控制示意图

图3 尾架套筒的plc输入开关

    2.4 根据plc的∥o状态诊断故障

   数控机床中，输入输出信号的传递一般都要通过plc接口来实现，因此，许多故障都会在plc的i/0接口这个通道反映出来。数控机床的这个特点为故障诊断提供了方便，不用万用表就可以知道信号的状态，但要熟悉有关控制对象的正常状态和故障状态。

    2.5 通过梯形图诊断故障

   根据plc的梯形图来分析和诊断故障是解决数控机床外围故障的基本方法。用这种方法诊断机床故障，首先应搞清机床的工作原理、动作顺序和联锁关系，然后利用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，从而确定故障原因。

    例4：配备sin810数控系统的加工中心，出现分度工作台不分度的故障且无报警。

   根据工作原理，分度的齿条和齿轮啮合，这个动作是靠液压装置来完成的，由plc输出q1.4控制电磁阀yvl4来执行。plc相关部分的梯形图如图4。

    通过数控系统的diagnosis中的“statusplc”软键，实时查看q1.4的状态，发现其状态为“0”；由plc梯形图查看f123.0也为“0”，按梯形图逐个检查，发现f105.2为“0”，导致f123.0为“0”；根据梯形图查看statusplc中的输入信号，发现ilo.2为“0”从而导致f105.2为“0”。19.3、19.4、110.2、ilo.3为4个接近开关的检测信号，以检测齿条和齿轮是否啮合。分度时，这4个接近开关都应有信号，即都应闭合，现发现110.2未闭合。处理方法：检查机械部分确认机械是否到位；检查接近开关是否损坏。根据这个线索继续查看，后发现反映二、三工位分度头起始位置检测开关19.4、110.2动作不同步，导致了工作台不旋转。进一步确认为三工位分度头产生机械错位。调整机械装置，使其与二工位同步后，故障消除。

图4 故障机床plc相关部分梯形图

    2.6 动态跟踪梯形图诊断故障

   有些数控系统带有梯形图监控功能，调出梯形图画面，可以看到输入输出点的状态。梯形图执行的动态过程，有的需要机外编程器，在线监控程序的运行。当有些plc发生故障时，因过程变化快，查看l/o及标志无法跟踪。此时需要通过plc动态跟踪，实时观察i/o及标志位状态的瞬间变化，根据plc的动作原理做出诊断。

    3 结语

    通过以上思路和实例，要做好用plc对数控机床故障检测须注意以下几点：

   (1)了解机床各组成部分检测开关的安装位置，如加工中心的刀库、机械手和回转工作台，数控车床的旋转刀架和尾架，机床的气、液压系统中的限位开关、接近开关和压力开关等，弄清检测开关作为plc输入信号的标志。

   (2)了解执行机构的动作顺序，如液压缸、气缸的电磁换向阀等，弄清对应的plc输出信号标志。

    (3)了解各种条件标志，如起动、停止、限位、夹紧和放松等标志信号。

   (4)借助必要的诊断功能，必要时用编程器跟踪梯形图的动态变化，搞清故障原因，根据机床的工作原理做出诊断。