现代数控机床PLC相关故障诊断及维修

I 訇 出 现代数控机床PLC相关故障诊断及维修 邓三鹏’，张香玲’，杨德治 (1．天津工程师范学院，天津 300222；2．山东第二技术学院。聊城252027) 摘 要：PLC是现代数控机床数字控制系统的重要组成部分，PL_C是介于CNC装置与机床之间的中 间环节，它根据输入的离散信息，在内部进行逻辑运算并完成输出功能。本文首先阐述了数控 机床中PLC的分类及PLC在数控机床中的作用，提出根据报警号、动作川页序、控制对象的工 作原理、PLC的I／0状态、PLO梯形图等方面进行PLC相关故障诊断及维修的方法，并且进 行了实例 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 。 关键词：数控机床；PLC；故障诊断；顺序控制 中图分类号：TG502~TP306 文献标识码：B 文章编号：1 009-01 34(2008)1 0-0044-04 Fault diagnosis for PLC of modern CNC machine DENG San—peng’，ZHANG Xiang—ling’，YANG De-zhi (1．Tianjin University of Technology and Education，Tianjin 300222，China；2．Shandong No．2 Technology School，Liaocheng 252027，China) Abstract：PLC is an impo~ant component of modem CNC digital contml system．It is the bridge of CNC and machine tool，which complete logic contm l based on the input of discrete information． This paper first described the PLC style and function in CNC machine．Then described the method for fault diagnosis according to the alarm code，action sequence，the working principle，the PLC I／O status and PLC ladder，and illustrate the every means． Key words：CNC machine；PLC；fault diagnosis；action control 1 概述 通常的PLC是一个独立的控制装置，由CPU、 存储器、电源、I／O接口等构成独立的控制系统。从 数控机床应用的角度分，PLC可分为两类：一类是 CNC的生产厂家将数控装置和 PLC综合起来而设 计的 “内装型”PLC。内装型PLC从属于CNC装置， PLC与CNC装置之间的信号传送在CNC装置内部 即可实现。PLC与数控机床之间则通过CNC输入／ 输出接口电路实现信号传送。另一类是专业的PLC 生产厂家的产品，称为 “独立型”PLC。独立型PLC 独立于CNC装置，具有完备的硬件结构和软件功 能，能够独立完成规定的控制任务。 数控系统内部处理的信息大致可分为两类：一 类是控制坐标轴运动的连续数字信息，这种信息主 要由CNC系统去完成 ；另一类是控制刀具更换、主 轴启停、换向变速、零件装卸、切削液的开停和控 制面板、机床面板的输入输出处理等离散信息，这 些信息一般用PLC来实现。PLC在CNC系统中是介 于CNC装置与机床之间的中间环节。 数控系统中PLC的信息交换，是以PLC为中心， 在CNC、PLC和机床之间的信息传递。PLC与CNC 之间交换的信息分两个方向进行，其中由CNC发给 PLC的信息主要包括各种功能代码M、S、T的信息， 手动／自动方式信息，各种使能信息等。而由PLC发 给CNC的信息主要包括M、S、T功能的应答信息 和各坐标轴对应的机床参考点信息等。 同样，PLC与机床之间交换的信息也分为两部 分。例如机床的启动／停止，主轴正转／反转／停止、 机械变速选择，冷却液的开／关、倍率选择、各坐标 收稿日期：2008—03—20 基金项目：劳动和社会保障部科技发展基金资助项目 (LB200502) 作者简介：邓三鹏 (1978一)，男，湖北襄樊人，博士生，讲师，研究方向为机电设备故障诊断技术，机电一体化技术。 【44】 第 3O卷 第 1O期 2008—10 I lI》 化 轴点动和刀架、卡盘的夹紧／松开等信号，以及上述 各部件的限位开关等保护装置、主轴伺服状态监视 信号和伺服系统运行准备等信号。 2 现 2．1根据报警号诊断故障 现代数控系统具有丰富的自诊断功能，能在 CRT上显示故障报警信息，利用报警号进行故障诊 断是数控机床故障诊断的主要方法之一。如果机床 发生了故障，且有报警号显示于CRT上，首先就要 根据报警号的内容查阅手册对这些报警信息进行相 应的分析与诊断。有些根据报警信息就可直接确认 故障原因，只要搞清报警信息的内容，就可排除数 控设备出现的故障。实例分析如下： 实例1：配备SINUMERIK 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。 故障分析：在SINUMERIK810／820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 安全隐患排查清单下载最新工程量清单计量规则下载程序清单下载家私清单下载送货清单下载 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I10．6， SQ25检测工作台分度盘回落到位，对应PLC输入 接口I10．0。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，I10．6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 理来 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的，通过对控制对象工作原理的分析 ，结 合PLC的I／Q状态是故障诊断很有效的方法。实例 分析如下 ： 实例2：一台装有FANUC 0TC系统的数控车 床，踩下脚踏开关，工件卡不上。 故障分析与处理：根据机床工作原理，第一次 踩下脚踏开关时工件应该卡紧；第二次踩下时松开 工件。脚踏开关接入PMC输入X2．2，按下DGNO． SPARAM键后，进入 PMC状态显示画面，发现踩 下脚踏开关后，输入X2．2一直为 “0”，不发生变化， 所以怀疑脚踏开关有问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。检查脚踏开关确实损坏。 更换脚踏开关，机床正常工作。 2．3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。实例分析如下： 实例3：图2为某立式加工中心自动换刀控制示 意图。换刀臂平移至 C时，无拔刀动作。 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，比较正常与故障时的情况，就可发 现疑点，诊断出故障的原 因。 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)一换刀 臂下降(从刀库拔刀)一换刀臂右移(A B)一换刀臂上 升 一换刀臂右移(B C，抓住主轴中刀具)一主轴液压 缸下降 (松刀)一换刀臂下降(从主轴拔刀)一换刀臂旋 转 180。(两刀具交换位置)一换刀臂上升 (装刀)．主 轴液压缸上升(抓刀)一换刀臂左移(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)一换刀臂右移(A B)一刀库转动(找下把刀具)。 1一刀库 2一刀具 3一换刀臂升降油缸 4一换刀臂 5一主轴6一主轴油缸 7一拉杆 图 2 自动换刀控制示意 图 第 3O卷 第 10期 2008—10 [451 、l 訇 ,flu 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2Y未得电，主 轴仍处于抓刀状态，换刀臂不能下移。 (2)松开接近开关SQ4无信号，则换刀臂升降电 磁阀 1Y状态不变，换刀臂不下降。 (3)电磁阀有故障，给信号也不能动作。 逐步检查，发现SQ4未发出信号，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。 2．4根据 PLC的 I／O状态诊断故障 在数控机床中，输入／输出信号的传递，一般都 要通过PLC的I／O接口来实现，因此，许多故障都 会在PLC的I／O接口这个通道上反映出来。数控机 床的这种特点为故障诊断提供了方便，只要不是数 控系统硬件故障，可以不必查看梯形图和有关电路 图，直接通过查询 PLC的I／O接口状态，找出故障 原因。实例分析如下： 实例4：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。PLC输入／输出状 态表见表 1。 2．5 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 控机床外围故障的基本方法。用这种方法诊断机床 故障首先应该搞清机床的工作原理、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，从而确认故障的原因。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，实时观察输入 ／输出 及标志状态的瞬问变化，根据PLC的动作原理做出 诊断。实例分析如下： 实例5：配备SINUMERIK 810数控系统的双工 [461 第3O卷 第1O期 2008—10 表1 PLC输入／输出状态表 本项 通常 接口 本项状态内容 状态 状态 10．O O 1 急停，急停长闭触点断 输 I3 l 1 0 主轴冷却油压过高，压 力继电器 SP92闭合 入 I15． O 1 分度 工作台限位开关 7 SQ12断 Q0 1 1 液压开，继电器 KA11 0 吸合 Q0． 1 O 分度工作台无制动，抱 4 闸线圈 YB15得电 输 Q0． l O 分度工作台旋转，继电 出 7 器KA43吸合 Q5． 1 0 机械 手向下，电磁阀 5 YV24得电 Q11 1 0 刀 库 旋 转 ， 继 电器 ．7 KA35吸合 位、双主轴数控机床如图4所示。 1 2 3 4 5 I 图4 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1工位加工完，2工位主轴还没有退到位且旋 转工作台正要旋转时，2工位主轴停转，自动循环中 断，并出现报警，且报警内容表示2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。Fl12．0为2工位主 轴起动标志位，F111．7为2工位主轴起动条件，Q32． 0为2工位主轴起动输出，I21．1为2工位主轴刀具 卡紧检测输入，Fl15．1为2工位刀具卡紧标志位。 在编程器上观察梯形图的状态 (如图5所示)， 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B1、B2检测主 轴速度不正常所致。动态观察Q32．o的变化，发现 故障没有出现时，F112．o和F111．7都闭合，而当出 现故障时，Fl11．7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F111．7闭 【下转第57页】 务I 甸 化 的表示、检索和神经网络模块等，通过前期研究，仿 真实验结果证明了神经网络和基于案例推理方法的 结合有效地弥补了各自在故障诊断中的缺陷，在诊 断的准确性和速度等方面都优于传统的神经网络和 基于案例推理方法。 6 结语 智能诊断方法的应用为汽车发动机的故障诊断 提供了新的途径，弥补了传统诊断方法的诸多不足， 但各种单一的智能故障诊断技术都有各自的优缺点， 难以满足复杂诊断问题的全部要求，将多种不同的 智能技术结合起来的混合诊断系统可以克服单种智能 诊断方法的不足，将各种智能诊断方法的优势结合， 是智能故障诊断技术研究的一个热点和发展趋势。 参考文献： 【1】曹龙汉．柴油机智能化故障诊断技术研究[D】．重庆：重庆大 学，2002，3． 【2]李增芳．基于人工智能和虚拟仪器技术的发动机故障诊断 专家系统研究【D】．浙江：浙江大学，2005，7． [3】吴今培．智能故障诊断与专家系统【M]．北京：科学出版社， 1999． [4】周志英．FUZZY数学在汽车电喷发动机故障诊断中的应 用[J1．湖南工程学院学报，2006，16(1)：43—45． [5]赵志刚，钟德刚，周明安．基于BP神经网络的汽车发动机异 响故障分析法[J】．农机化研究，2006(6)：214—216． 【6]柴长松，张欣，牛奔，等．基于粒子群神经网络的发动机故障 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必要时用编程器跟踪梯形图的动态变化，搞清故障 的原因，根据机床的工作原理做出诊断。根据PLC 控制模块故障的不同形式，故障诊断的方法也不是 单一的，有时要用几种方法灵活使用对故障进行综 合分析，逐步缩小故障范围，以便迅速对故障定位 以得到正确的诊断结果，达到排除故障的目的。 参考文献： [1】邓三鹏．数控机床结构及维修[M1．北京：国防工业出版社， 2008，1． 【2】许云理．PLC程序在数控机床故障诊断中的应用【J1．制造技 术与机床．2006，10． 【3]李大庆．PLC的数控机床故障诊断[J】．煤矿机械．2007，11． 第 3O卷 第 1O期 2008-10 [571