1 與PLC有關的故障特點

        （1）大多數有關PLC的故障是外圍接口信號故障，所以在維修時，只要PLC有些部分控制的動作正常，都不應該懷疑PLC程序。如果通過診斷確認運算程序有輸出，而PLC的物理接口沒有輸出，則為硬件接口電路故障。

        （2）硬件故障多于軟件故障，例如當程序執行M07（冷卻液開）時，機床無此動作，大多是由外部信號不滿足，或執行元件故障，而不是CNC與PLC接口信號的故障。

        2 與PLC有關故障檢測的思路和方法

         2.1 根據故障號診斷故障

        數控機床的PLC程序屬于機床廠家的二次開發，即根據機床的功能和特點，編制相應的動作順序以及報警文本，對過程進行監控。當出現異常情況，會發出相應報警。在維修過程中，要充分利用這些信息。

         例1：某數控機床的換刀系統在換刀指令時不動作，機械臂停留在行程中間位置上，CRT顯示報警號。查手冊得知該報警號表示：換刀系統機械臂檢測開關信號為“0”即“刀庫換刀位置錯誤”。

        根據報警內容，可診斷故障發生在換刀裝置和刀庫兩部分，由于相應的位置檢測開關無信號送至PLC的輸入口。從而導致機床中斷換刀。造成開關無信號的原因有兩個：一是由于液壓或機械上的原因造成動作不到位而使開關得不到感應；二是接近開關失靈。首先檢查刀庫中的接近開關，用一薄金屬片接近感應開關，以排除接近開關失靈的可能性。通過檢查發現開關正常。因機械臂停留在中間位置，所以兩個信號都為“0”。

         機械裝置檢查：“臂縮回”的動作是由電磁閥YV21控制的，手動該電磁閥，把機械臂退回至“臂縮回”位置，機械恢復正常。這說明手控電磁閥能使換刀位置定位，從而排除了液壓或機械上的阻滯造成換刀系統不到位的可能性。

         由以上分析可知，PLC的輸入信號正常，輸出動作無誤，問題在操作不當或PLC設置不當。《操作手冊》中要求：連續運行中，兩次換刀間隔時間不得小于30s。經過操作觀察，兩次換刀時間間隔小于PLC規定的要求，從而造成PLC程序執行錯誤引起報警。修改了相應的程序后，故障排除。

         2.2 根據動作順序診斷故障

        數控機床上刀具及托盤等裝置的自動交換動作都是按照一定的順序來完成的，因此，觀察機械裝置的運動過程，比較正常和故障時的情況，就可發現疑點，診斷出故障的原因。

         例2：某立式加工中心自動換刀故障。

         故障現象：換刀臂平移到位后，無拔刀動作。

         自動換刀控制如圖1所示。ATC的動作起始狀態是：主軸保持要交換的舊刀，換刀臂在B位置，換刀臂在上部位置，刀庫已將要交換的新刀具定位。自動換刀的順序為：換刀臂左移（B→A）→換刀臂下降（從刀庫拔刀）→換刀臂右移（A→B）→換刀臂上升→換刀臂右移（B→C，抓住主軸中刀具，）→主軸液壓缸下降（松刀）→換刀臂下降（從主軸拔刀）→換刀臂旋轉1800（兩刀具交換位置）→換刀臂上升（裝刀）→主軸液壓缸上升（抓刀）→換刀臂左移（C→B）→刀庫轉動（找出舊刀具位置）→換刀臂左移（B→A返回舊刀具給刀庫）→換刀臂右移（A→B）→刀庫轉動（找下一把刀）。

圖1 自動換刀控制示意圖

         換刀臂平移至C位置時，無拔刀動作，分析原因，有幾種可能：

         （1）SQ2無信號，所以未輸出松刀電磁閥YV2的電壓，主軸仍處于抓刀狀態，換刀臂不能下移。

         （2）松刀接近開關SQ4無信號，則換刀臂升降電磁閥YVl狀態不變，換刀臂不下降。

         （3）電磁閥有故障，給予信號也不動作。逐步檢查，發現SQ4未發出信號。進一步對SQ4進行檢查，發現感應間隙過大，導致接近開關無信號輸出，產生動作障礙。將感應間隙δ調至1 111111，故障消除。

         2.3 根據控制對象的工作原理診斷故障

          數控機床的PLC程序是按照控制對象的控制原理來設計的，通過對控制對象的工作原理的分析，結合PLC的I/O狀態來進行檢查。

         例3：數控車床工件夾緊故障。

         故障現象：該車床配備FANUC一0T系統，當腳踏尾座開關使套筒頂尖頂進工件時，系統產生報警。尾架套簡的示意圖和PLC輸入開關分別如圖2和圖3所示。

         故障診斷：在系統診斷狀態下，調出PLC輸入信號，發現腳踏開關輸入X04.2為“1”，尾座套筒轉換開關X17.3為“1”，潤滑油液面開關X17.6為“1”。調出PLC輸出信號，當腳踏向前開關時，輸出Y49.0為“1”，同時電磁閥也得電。這說明系統PLC輸入輸出狀態均正常。因此，尾座套筒液壓系統有問題。

         析圖2：當電磁閥YV4.1得電后，液壓油經溢流閥、流量控制閥和單向閥進入尾座套筒液壓缸，使其向前頂緊工件。松開腳踏開關后，電磁換向閥處于中間位置，油路停止供油，由于單向閥的作用，尾座套筒向前時的油壓得到保持。該油壓使壓力繼電器常開觸點接通，在系統PLC輸入信號中X00.2為“1”，但檢查系統PLC輸入信號X00.2為“0”，說明壓力繼電器觸點信號有問題。經進一步檢查發現其觸點開關損壞，從而造成PLC輸入信號為“0”，系統認為尾座套筒未頂緊而產生報警。更換一新的壓力繼電器后，故障排除。

圖2 尾建控制示意圖

圖3 尾架套筒的PLC輸入開關

         2.4 根據PLC的∥o狀態診斷故障

         數控機床中，輸入輸出信號的傳遞一般都要通過PLC接口來實現，因此，許多故障都會在PLC的I/0接口這個通道反映出來。數控機床的這個特點為故障診斷提供了方便，不用萬用表就可以知道信號的狀態，但要熟悉有關控制對象的正常狀態和故障狀態。

         2.5 通過梯形圖診斷故障

         根據PLC的梯形圖來分析和診斷故障是解決數控機床外圍故障的基本方法。用這種方法診斷機床故障，首先應搞清機床的工作原理、動作順序和聯鎖關系，然后利用系統的自診斷功能或通過機外編程器，根據PLC梯形圖查看相關的輸入輸出及標志位的狀態，從而確定故障原因。

         例4：配備SIN810數控系統的加工中心，出現分度工作臺不分度的故障且無報警。

         根據工作原理，分度的齒條和齒輪嚙合，這個動作是靠液壓裝置來完成的，由PLC輸出Q1.4控制電磁閥YVl4來執行。PLC相關部分的梯形圖如圖4。

         通過數控系統的DIAGNOSIS中的“STATUS PLC”軟鍵，實時查看Q1.4的狀態，發現其狀態為“0”；由PLC梯形圖查看F123.0也為“0”，按梯形圖逐個檢查，發現F105.2為“0”，導致F123.0為“0”；根據梯形圖查看STATUS PLC中的輸入信號，發現IlO.2為“0”從而導致F105.2為“0”。19.3、19.4、110.2、IlO.3為4個接近開關的檢測信號，以檢測齒條和齒輪是否嚙合。分度時，這4個接近開關都應有信號，即都應閉合，現發現110.2未閉合。處理方法：檢查機械部分確認機械是否到位；檢查接近開關是否損壞。根據這個線索繼續查看，最后發現反映二、三工位分度頭起始位置檢測開關19.4、110.2動作不同步，導致了工作臺不旋轉。進一步確認為三工位分度頭產生機械錯位。調整機械裝置，使其與二工位同步后，故障消除。

圖4 故障機床PLc相關部分梯形圖

         2.6 動態跟蹤梯形圖診斷故障

         有些數控系統帶有梯形圖監控功能，調出梯形圖畫面，可以看到輸入輸出點的狀態。梯形圖執行的動態過程，有的需要機外編程器，在線監控程序的運行。當有些PLC發生故障時，因過程變化快，查看L/O及標志無法跟蹤。此時需要通過PLC動態跟蹤，實時觀察I/O及標志位狀態的瞬間變化，根據PLC的動作原理做出診斷。

         3 結語

         通過以上思路和實例，要做好用PLC對數控機床故障檢測須注意以下幾點：

         （1）了解機床各組成部分檢測開關的安裝位置，如加工中心的刀庫、機械手和回轉工作臺，數控車床的旋轉刀架和尾架，機床的氣、液壓系統中的限位開關、接近開關和壓力開關等，弄清檢測開關作為PLC輸入信號的標志。

         （2）了解執行機構的動作順序，如液壓缸、氣缸的電磁換向閥等，弄清對應的PLC輸出信號標志。

         （3）了解各種條件標志，如起動、停止、限位、夾緊和放松等標志信號。

         （4）借助必要的診斷功能，必要時用編程器跟蹤梯形圖的動態變化，搞清故障原因，根據機床的工作原理做出診斷。