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1 引言

数控机床是典型的机电一体化系统。PLC工程现场界面涉及光、机、电、气、液等复杂的输入输出信令，加之PLC对于信号的逻辑处理具有的抽象运算特征，使得工业现场故障处理工作通常是相当的复杂困难，PLC机电系统现场故障往往使得缺少工程经验的设备管理者们束手无策，较长时间的故障处理处理可以大幅度降低产能，严重影响生产。本文以就事论事的方式平铺直叙具体的机电工程现场故障处理案例，保留住故障处理经验中珍贵的分析判断过程。

2 数控机床故障诊断案例

2.1 甄别PLC内外部故障实例

配备820数控系统的某加工中心，产生7035号报警，查阅报警信息为工作台分度盘不回落。在SINUMERIK 810／820S数控系统中，7字头报警为PLC操作信息或机床厂设定的报警，指示CNC系统外的机床侧状态不正常。处理方法是，针对故障的信息，调出PLC输入/输出状态与拷贝清单对照。

工作台分度盘的回落是由工作台下面的接近开关SQ25、SQ28来检测的，其中SQ28检测工作台分度盘旋转到位，对应PLC输入接口110.6，SQ25检测工作台分度盘回落到位，对应PLC输入接口110.0。工作台分度盘的回落是由输出接口Q4.7通过继电器KA32驱动电磁阀YV06动作来完成。

从PLC STATUS中观察，110.6为“1”，表明工作台分度盘旋转到位，I10.0为“0”,表明工作台分度盘未回落，再观察Q4.7为“0”，KA32继电器不得电，YV06电磁阀不动作，因而工作台分度盘不回落产生报警。

处理方法：手动YV06电磁阀，观察工作台分度盘是否回落，以区别故障在输出回路还是在PLC内部。

2.2 诊断接近开关故障实例

某立式加工中心自动换刀故障。

故障现象：换刀臂平移到位时，无拔刀动作。

ATC动作的起始状态是：（1）主轴保持要交换的旧刀具。（2）换刀臂在B位置。（3）换刀臂在上部位置。（4）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180°（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（找下把刀具）。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，使松刀电磁阀YV2未激磁，主轴仍处抓刀状态，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YV1状态不变，换刀臂不下降。

（3）电磁阀有故障，给予信号也不能动作。

逐步检查，发现SQ4未发信号，进一步对SQ4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。

2.3 诊断压力开关故障实例

2.4 诊断中间继电器故障实例

某数控机床出现防护门关不上，自动加工不能进行的故障，而且无故障显示。该防护门是由气缸来完成开关的，关闭防护门是由PLC输出Q2.0控制电磁阀YV2.0来实现。检查Q2.0的状态，其状态为“1”，但电磁阀YV2.0却没有得电，由于PLC输出Q2.0是通过中间继电器KA2.0来控制电磁阀YV2.0的，检查发现，中间继电器损坏引起故障，更换继电器，故障被排除。

另外一种简单实用的方法，就是将数控机床的输入/输出状态列表，通过比较通常状态和故障状态，就能迅速诊断出故障的部位。

2.5 根据梯形图逻辑诊断DI点故障实例

配备SINUMERIK 810数控系统的加工中心，出现分度工作台不分度的故障且无故障报警。根据工作原理，分度时首先将分度的齿条与齿轮啮合，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梯形图如下图所示。

通过数控系统的DIAGNOSIS能中的“STATUS PLC”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也为“0”，根据梯形图，查看STATUS PLC中的输入信号，发现I10.2为“0”，从而导致F105.2为“0”。I9.3、I9.4、I10.2和I10.3为四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，这四个接近开关都应有信号，即I9.3、I9.4、I10.2和I10.3应闭合，现I10.2未闭合，处理方法：（1）检查机械传动部分。（2）检查接近开关是否损坏。

2.6 根据梯形图逻辑诊断DO点故障实例

配备SINUMERIK 810数控系统的双工位、双主轴数控机床。

故障现象：机床在AUTOMATIC方式下运行，工件在一工位加工完，一工位主轴还没有退到位且旋转工作台正要旋转时，二工位主轴停转，自动循环中断，并出现报警且报警内容表示二工位主轴速度不正常。

两个主轴分别由B1、B2两个传感器来检测转速，通过对主轴传动系统的检查，没发现问题。用机外编程器观察梯形图的状态。

F112.0为二工位主轴起动标志位，F111.7为二工位主轴起动条件，Q32.0为二工位主轴起动输出，I21.1为二工位主轴刀具卡紧检测输入，F115.1为二工位刀具卡紧标志位。

在编程器上观察梯形图的状态，出现故障时，F112.0和Q32.0状态都为“0”，因此主轴停转，而F112.0为“0”是由于Bl、B2检测主轴速度不正常所致。动态观察Q32.0的变化，发现故障没有出现时，F112.0和F111.7都闭合，而当出现故障时，F111.7瞬间断开，之后又马上闭合，Q32.0随F111.7瞬间断开其状态变为“0”，在Flll.7闭合的同时，F112.0的状态也变成了“0”，这样Q32.0的状态保持为“0”，主轴停转。Bl、B2由于Q32.0随F111.7瞬间断开测得速度不正常而使F112.0状态变为“0”。主轴起动的条件F111.7受多方面因素的制约，从梯形图上观察，发现F111.6的瞬间变“0”引起Flll.7的变化，向下检查梯形图PB8.3，发现刀具卡紧标志F115.1瞬间变“0”，促使Flll.6发生变化，继续跟踪梯形图PB13.7，观察发现，在出故障时，I21.1瞬间断开，使F115.1瞬间变“0”，后使主轴停转。I21.1是刀具液压卡紧压力检测开关信号，它的断开指示刀具卡紧力不够。由此诊断故障的根本原因是刀具液压卡紧力波动，调整液压使之正常，故障排除。

3 结束语

通过典型实例与故障现象对数控系统、立式加工中心自动换刀故障、配备FANUC 0T系统的某数控车床、配备SINUMERIK 810数控系统的双工位、双主轴数控机床等运行中存在的问题加以分析，并作出相应的故障排除方法。

配备FANUC 0T系统的某数控车床。

故障现象：当脚踏尾座开关使套筒顶紧工件时，系统产生报紧。

在系统诊断状态下，调出PLC输入信号，发现脚踏向前开关输入X04.2为“1”，尾座套筒转换开关输入X17.3为“l”，润滑油供给正常使液位开关输入X17.6为“1̶1;。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YV4.1也得电，这说明系统PLC输入/输出状态均正常，分析尾座套筒液压系统。

当电磁阀YV4.1通电后，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“l”。但检查系统PLC输入信号X00.2则为“0”，说明压力继电器有问题，其触点开关损坏。

故障原因：因压力继电器SP4.1触点开关损坏，油压信号无法接通，从而造成PLC输入信号为“0”，故系统认为尾座套筒未顶紧而产生报警。

解决方法：更换新的压力继电器，调整触点压力，使其在向前脚踏开关动作后接通并保持到压力取消，故障排除。

　当利用变频器构成自动控制系统进行控制时，很多情况下是采用PLC和变频器相配合使用，如何正确地把PLC和变频器连接在一起就成了系统成功的关键。
　　1.PLC开关指令信号输入
　　变频器输入信号中包括对运行/停止、正转/反转、微动等运行状态进行操作开关型指令信号。变频器通常利用继电器接点或具有继电器接点开关特性元器件（如晶体管）与PLC）相连，到运行状态指令。
　　使用继电器接点时，常常接触不良而带来误动作；使用晶体管进行连接时，则需考虑晶体管本身电压、电流容量等因素，保证系统可靠性。
　　设计变频器输入信号电路时还应该注意，当输入信号电路连接不当时也会造成变频器误动作。例如，当输入信号电路采用继电器等感性负载时，继电器开闭产生浪涌电流带来噪音有可能引起变频器误动作，应尽量避免。
　　当输入开关信号进入变频器时，会发生外部电源和变频器控制电源（DC24V）之间串扰。正确连接是利用PLC电源，将外部晶体管集电极二极管接到PLC。
　　2.变频器数值信号输入
　　变频器中也存一些数值型（如频率、电压等）指令信号输入，可分为数字输入和模拟输入两种。数字输入多采用变频器面板上键盘操作和串行接口来给定；模拟输入则接线端子由外部给定，通常0～10V/5V电压信号或0/4～20mA电流信号输入。接口电路因输入信号而异，必须变频器输入阻抗选择PLC输出模块。
　　当变频器和PLC电压信号范围不同时，如变频器输入信号为0～10V，而PLC输出电压信号范围为0～5V时；或PLC一侧输出信号电压范围为0～10V而变频器输入电压信号范围为0～5V时，变频器和晶体管允许电压、电流等因素限制，需用串联方式接入限流电阻及分压方式，以保证进行开闭时不超过PLC和变频器相应容量。此外，连线时还应注意将布线分开，保证主电路一侧噪音不传到控制电路。
　　通常变频器也接线端子向外部输出相应监测模拟信号。电信号范围通常为0～10V/5V及0/4～20mA电流信号。哪种情况，都应注意：PLC一侧输入阻抗大小要保证电路中电压和电流不超过电路允许值，以保证系统可靠性和减少误差。（https://www.diangon.com版权所有）另外，这些监测系统组成互不相同，有不清楚方应向厂家咨询。
　　另外，使用PLC进行顺序控制时，CPU进行数据处理需要时间，存一定时间延迟，故较控制时应予以考虑。变频器运行中会产生较强电磁干扰，为保证PLC不变频器主电路断路器及开关器件等产生噪音而出现故障，将变频器与PLC相连接时应该注意以下几点：
　　（1）对PLC本身应按规定接线标准和接条件进行接，应注意避免和变频器使用共同接线，且接时使二者尽可能分开。
　　（2）当电源条件不太好时，应PLC电源模块及输入/输出模块电源线上接入噪音滤波器和降低噪音用变压器等，另外，若有必要，变频器一侧也应采取相应措施。
　　（3）当把变频器和PLC安装于同一操作柜中时，应尽可能使与变频器有关电线和与PLC有关电线分开。
　　（4）使用屏蔽线和双绞线达到提高噪音干扰水平。
　　3.结束语
　　PLC和变频器连接应用时，二者涉及到用弱电控制强电，，应该注意连接时出现干扰，避免干扰造成变频器误动作，连接不当导致PLC或变频器损坏。