可编程控制器模块的故障诊断与维修

第9章可编程控制器模块的故障诊断与维修 9 1概述9 2可编程控制器的结构组成和工作原理9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修9 4可编程控制器故障诊断与维修实例 9 1概述 9 1 1PLC基础知识1 PLC的概念国际电工委员会 IEC 于1987年2月颁布了PLC标准草案第三稿 该草案中对PLC的定义是 PLC是一种数字运算操作的电子系统 主要为在工业环境下应用而设计 它采用了可编程序的存储器 用来在其内部存储执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作的指令 并通过数字式 模拟式输入和输出 控制各种类型机械的生产过程 PLC及其有关外围设备 都按易于与工业系统联成一个整体 易于扩充其功能的原理设计 下一页 返回 9 1概述 2 PLC的特点 1 可靠性高 适用于工业现场环境PLC有很强的抗干扰能力 能在恶劣的工业环境中可靠地工作 这是因为在PLC的硬件和软件上采取了提高可靠性的措施 下一页 上一页 返回 9 1概述 硬件措施主要有 屏蔽 滤波 电源调整与保护 联锁 模块化结构 环境检测与诊断电路等 软件措施主要有 自诊断程序 故障检测 信息保护与恢复等 下一页 上一页 返回 9 1概述 2 编程简单 易于掌握PLC采用梯形图编程 尤其对从事继电器控制工作的技术人员和工人 不必掌握很多复杂难懂的计算机语言的控制技术 就能在短时间内学会使用PLC 根据用户需要 在总体方案确定的情况下 选购 组装PLC硬件和编制用户应用软件可同时进行 使得施工周期短 见效快 下一页 上一页 返回 9 1概述 3 控制程序可变 具有很好的柔性在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下 不必改变PLC的硬件设备 只需改变用户程序就可满足要求 PLC除用于单机控制外 在FMC FMS和FA中也被大量采用 下一页 上一页 返回 9 1概述 4 直接带负载能力强与一般微机控制设备相比较 PLC的输出模板有较强的驱动负载的能力 一般都能直接驱动执行元件的线圈 接通和断开强电电路 下一页 上一页 返回 9 1概述 5 接口简单 维护方便PLC的输入输出接口都设计成可直接与现场强电相接 有直流24V 48V 交流11V 220V等各种电压等级产品 在组成系统时直接选用 简单方便 接口电路一般为模块式 便于维修更换 特别是有的PLC可以带电插拔输入输出模块 例如 在运行中发现某个模块出现故障 可以不停电 直接带电取下坏板块 换上好板块 大大缩短了故障修复时间 下一页 上一页 返回 9 1概述 6 功能完善现代PLC具有数字和模拟量输入输出 逻辑和算术运算 定时 计数 顺序控制 功率驱动 通讯 人机对话 自检 记录和显示功能 使设备控制水平大大提高 7 便于实现机电一体化 由于PLC的结构紧凑 体积小 所以容易装入机械设备内部 实现机电一体化 微机PLC容易装入仪表中 实现机电一体化 8 通信 网络技术趋于标准化 利于实现计算机网络控制 下一页 上一页 返回 9 1概述 3 PLC的分类 1 按结构形式划分按结构形式PLC分为整体箱式和模块组合式两种 整体式PLC是把各组成部分安装在少数几块印刷电路板上并同电源一起装配在一个壳体内形成一个整体 这种PLC结构简单 节省材料 体积小 通常为小型PLC或低档PLC 其I O点数固定且较少 使用不是很灵活 有时点数不够可再增加一个只含有输入输出部分的扩展箱来扩充点数 与其相应 含有CPU主板的部分称为主机箱 主机箱与扩展箱之间由信号电缆相连 下一页 上一页 返回 9 1概述 2 按控制规模分控制规模主要指控制开关量的出入点数及控制模拟量的模入 模出 或两者兼而有之 闭路系统 的路数 但主要以开关量计 模拟量的路数可折算成开关量的点 大致一路相当于8 16点 依这个点数 PLC可分为超小型机 小型机 中型机及大型机四种类型 下一页 上一页 返回 9 1概述 超小型机 其I O点数在64以内 内存容量在256 1000B之间 小型机 其I O点数在64 256之间 内存容量在1 3 6KB之间 中型机 其I O点数在256 2048之间 内存容量在3 6 13KB之间 大型机 其I O点数在2048以上 内存容量在13KB以上 下一页 上一页 返回 9 1概述 4 PLC的主要功能 1 顺序控制功能是指用PLC的与 或 非指令取代继电器触点串联 并联及其它各种逻辑连接 进行开关控制 2 运动控制功能是指通过高速计数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴控制 3 过程控制功能是指通过PLC的智能PID控制模块实现对温度 压力 速度 流量等流量参数的闭环控制 下一页 上一页 返回 9 1概述 4 数据处理功能是指PLC进行数据传送 数据比较 数据移位 数制转换 逄术运算与逻辑运算以及编译和译码等操作 5 通讯联网功能是指通过PLC之间的联网 PLC与上位计算机的链接等 实现远程I O控制或数据交换 以及完成规模较大系统的复杂控制 6 监控功能是指PLC能监视系统各部分运行状态和进程 对系统中出现的异常情况进行报警和记录 甚至自动终止运行 也可用于在线调整和修改控制程序中的计时器 计数器的设定值或强制置I O状态 下一页 上一页 返回 9 1概述 7 步进控制功能是指用步进指令来实现有多道加工工序的控制 只有前一道工序完成后 才能进行下一道工序操作的控制 以取代由硬件构成的步进控制器 8 定时 计数控制功能是指用PLC提供的定时器 计数器指令实现对某种操作的定时或计数控制 以取代时间继电器和计数继电器 9 数模转换功能是指通过D A A D模块完成模拟量和数字量之间的转换 下一页 上一页 返回 9 1概述 9 1 2数控机床PLC与外部信息的交换1 机床至PLC机床侧的开关量信号通过I O单元接口输入至PLC中 除极少数信号外 绝大多数信号的含义及所占PLC的地址均可由PLC程序设计者自行定义 如在SIEMENS810系统中 机床侧的某一开关信号通过I O端子板输入至I O模块中 设该开关信号用I10 2来定义 在软键功能DIAGNOSIS的PLCSTATUS状态下 通过观察IB10的第2位 0 或 1 来获知该开关信号是否有效 下一页 上一页 返回 9 1概述 2 PLC至机床PLC控制机床的信号通过PLC的开关量输出接口传送到机床侧 所有开关量输出信号的含义及所占用PLC的地址均可由PLC程序设计者自行定义 如在SIEMENS810系统中 机床侧某电磁阀的动作由PLC模块的输出信号来控制 设该信号用Q1 4来定义 该信号通过I O模块和I O端子板输出至中间继电器线圈 继电器的触点又使电磁阀的线圈得电 从而控制电磁阀的动作 同样 Q1 4信号可在PLCSTATUS状态下 通过观察QB1的第4位 0 或 1 来获知该输出信号是否有效 下一页 上一页 返回 9 1概述 3 CNC至PLCCNC送至PLC的信息可由CNC直接送入PLC的寄存器中 所有CNC送至PLC的信号含义和地址 开关量地址或寄存器地址 均由CNC厂家确定 PLC编程者只可使用 不可改变和增删 如数控指令的M S T功能 通过CNC译码后直接送入PLC相应的寄存器中 如在SIEMENS810系统中 M03指令经译码后 送入FY27 3寄存器中 下一页 上一页 返回 9 1概述 4 PLC至CNCPLC送至CNC的信息也由开关量信号或寄存器完成 所有PLC送至CNC的信号地址与含义由CNC厂家确定 PLC编程者只可使用 不可改变和增删 如SINUMERIK810数控系统中Q108 5为PLC至CNC的进给使能信号 图9 1为内装式PLC输入 输出信息示意图 下一页 上一页 返回 9 1概述 9 1 3数控机床PLC的功能1 机床操作面板控制将机床操作面板上的控制信号直接送入PLC 以控制数控系统的运行 机床操作面板上各类控制开关的功能可以参阅具体的机床操作说明 2 机床外部开关输入信号控制将机床侧的开关信号送入PLC 经逻辑运算后 输出给控制对象 这些控制开关包括各类控制开关 行程开关 接近开关 压力开关和温控开关等 下一页 上一页 返回 9 1概述 3 输出信号控制PLC输出的信号经强电柜中的继电器 接触器 通过机床侧的液压或气动电磁阀 对刀库 机械手和回转工作台等装置进行控制 另外还对冷却泵电动机 润滑泵电动机及电磁制动器进行控制 下一页 上一页 返回 9 1概述 4 伺服控制控制主轴和伺服进给驱动装置的使能信号 以满足伺服驱动的条件 通过驱动装置 驱动主轴电动机 伺服进给电动机和刀库电动机等 5 报警处理控制PLC收集强电柜 机床侧和伺服驱动装置的故障信号 将报警标志区中的相应报警标志位置位 数控系统便显示报警号及报警文本以方便故障诊断 下一页 上一页 返回 9 1概述 6 软盘驱动装置控制有些数控机床用计算机软盘取代了传统的光电阅读机 通过控制软盘驱动装置 实现与数控系统进行零件程序 机床参数 零点偏置和刀具补偿等数据的传输 7 转换控制有些加工中心的主轴可以立 卧转换 当进行立 卧转换时 PLC完成下述工作 1 切换主轴控制接触器 2 通过PLC的内部功能 在线自动修改有关机床数据位 3 切换伺服系统进给模块 并切换用于坐标轴控制的各种开关 按键等 上一页 返回 9 2可编程控制器的结构组成和工作原理 9 2 1PLC的结构组成1 硬件组成PLC是由中央处理器 CPU 存储器 输入 输出单元 模块 编程器 扩展接口 外设I O接口和电源组成 PLC的硬件设备是通用的 便于用户按需要组合 下一页 返回 9 2可编程控制器的结构组成和工作原理 1 中央处理器 CPU 中央处理器是PLC的主要部分 是系统的核心 它通过输入模块 板 将现场的外设状态读入并按照用户程序去处理 根据处理结果通过输出模块去控制现场设备 2 存储器PLC的存储器用来存储程序和数据 分以下两部分 下一页 上一页 返回 9 2可编程控制器的结构组成和工作原理 1 系统程序存储器系统程序存储器用以存放系统程序 包括系统管理程序 监控程序 模块化应用功能子程序 以及对用户程序做编译处理的编译解释程序等 2 用户存储器用户存储器随控制器的使用环境而定 随生产工艺的不同而变动 包括用户程序存储区及工作数据存储区 下一页 上一页 返回 9 2可编程控制器的结构组成和工作原理 3 输入 输出单元 模块 I O模块 I O模块是CPU与现场用户I O设备之间联系的桥梁 PLC的输入模块用以接收和采集外设各类输入信号 如从操作按钮 各种开关 数字拔码盘开关等送来的开关量 或由电位器 传感器等提供的模拟量 并将其转换成CPU能接受和处理的数据 PLC的输出模块则是将CPU输出的控制信息转换成外设所需要的控制信号去驱动控制对象 如接触器 电磁阀 指示灯 调整装置等 下一页 上一页 返回 9 2可编程控制器的结构组成和工作原理 4 编程器编程器用于对用户程序的编制 编辑 调试检查 还可以通过其键盘调用和显示PLC内部的一些状态和系统参数实现监控功能 一般编程器上有供编程用的各种功能键和数码显示灯 以及编程 监控转换开关等 它通过接口与CPU联系 完成人机对话 PLC在正常工作时可不需编程器 所以编程器设计为独立部件 一般只在程序输入和检修时使用 因此 一台编程器可供多台PLC使用 下一页 上一页 返回 9 2可编程控制器的结构组成和工作原理 编程器可分为简易型和智能型两类 前者只能连机编程 且只能输入和编辑梯形图的指令表程序 但简易编程器价格便宜 一般用于小型PLC编程 或者用于PLC控制系统的现场调试和检修 智能型编程器既可连机编程又可脱机编程 既可输入指令表程序又可直接生成和编辑梯形图程序 使用起来方便直观 但价格较高 下一页 上一页 返回 9 2可编程控制器的结构组成和工作原理 5 扩展接口当用户的输入输出设备所需的I O点数超过了主机 基本单元 的I O点数时 可用I O扩展单元来加以扩展 I O扩展接口就是用于扩展单元与基本单元之间的连接 它使得I O点数的配置更为灵活 下一页 上一页 返回 9 2可编程控制器的结构组成和工作原理 6 外设I O接口 通讯接口 是指PLC主机与其它PC 上位计算机 外部设备及其它终端的连接口 7 电源PLC的电源是指将外部输入的交流电 经过整流 滤波 稳压等处理后转换成满足PLC的CPU 存储器 输入输出接口等内部电子电路工作需要的直流电源电路或电源模块 输入 输出接口电路的电源彼此独立 以避免或减少电源间的干扰 下一页 上一页 返回 9 2可编程控制器的结构组成和工作原理 2 软件组成1 系统软件系统软件也称系统程序 是由PLC生产厂家编制并固化在ROM中与相应的硬件一起提供给用户的 系统软件是可用来管理 协调PLC各部分的工作 以发挥PLC硬件的功能 方便用户使用的通用程序 一般系统程序应包括以下功能 下一页 上一页 返回 9 2可编程控制器的结构组成和工作原理 1 系统配置登记及初始化不同的控制对象 不同的控制过程其PLC控制系统的配置不同 所以系统程序在PLC上电或复位时首先对各模块进行登记 分配地址 做初始化 为系统的运行做好准备 2 系统自诊断对CPU 存储器 电源 I O模块进行故障诊断测试 若发现异常则停止执行用户程序 显示故障代码 等待处理 下一页 上一页 返回 9 2可编程控制器的结构组成和工作原理 3 命令识别与处理操作人员通过键盘操作对PLC发出各种工作指令 系统程序不断地监视键盘 接收每一个操作命令并加以解释 然后按相应的指令去完成相应的操作 最后将结果显示给操作人员 4 用户程序编译用户使用PLC编写的工作程序送入PLC后 首先要由系统编译程序对其进行翻译 变成CPU可以识别执行的指令码程序后 才被送入用户程序存储器 同时还要对用户输入的程序进行语法检查 发现错误并返回提示信息 下一页 上一页 返回 9 2可编程控制器的结构组成和工作原理 5 模块化程序及调用管理有些生产厂家为方便用户编程 向用户提供一些小程序模块 每个模块都具有一定的功能和调用条件 用户需要时只须按调用软件进行调用即可 而不必另行编写 下一页 上一页 返回 9 2可编程控制器的结构组成和工作原理 2 应用软件 1 PLC的编程语言PLC是专为工业生产过程的自动控制而开发的通用控制器 使用编程简单是它的一个突出优点 如同普通计算机一样 PLC也有其编译系统 它可以把一些文字符号和图形符号编译成机器代码 PLC主要的编程语言有梯形图和语句表 各厂家的编程语言只能在本厂的PLC上使用 下一页 上一页 返回 9 2可编程控制器的结构组成和工作原理 2 PLC的指令系统PLC具有丰富的指令集 既可实现复杂的操作 又易于编程 这些指令可分为两类 基本指令和特殊功能指令 其中基本指令是指直接对输入 输出点进行操作的指令 包括输入 输出和逻辑 与 或 非 等 表9 1 9 2分别为SIEMENS数控系统中常用的S7 200 S7 300的基本指令 有关S7 200 S7 300的指令系统请参阅相关手册 下一页 上一页 返回 9 2可编程控制器的结构组成和工作原理 9 2 2PLC的工作原理PLC控制是在硬件的支持下 通过执行反映控制要求的用户程序来实现的 这一点和计算机的工作原理是一致的 PLC采用循环扫描方式 循环扫描 就是采用对整个程序循环执行的工作方式 就是说 用户程序的执行不是从头到尾只执行一次 而是执行完一次之后 又返回去执行第二次 第三次 直至停机 下一页 上一页 返回 9 2可编程控制器的结构组成和工作原理 下面从PLC工作过程的角度来加深认识PLC的工作原理 PLC的工作过程基本上是用户程序的执行过程 是在系统软件的控制下顺序扫描各输入点的状态 按用户逻辑解算控制逻辑 然后顺序向各输出点发出相应的控制信号 除此之外 为提高工作可靠性和及时接收外来的控制命令 在每个扫描周期还要进行故障自诊断和处理与编程器 计算机的通信请求 整个扫描过程如图9 2所示 下一页 上一页 返回 9 2可编程控制器的结构组成和工作原理 1 自诊断自诊断功能可使PLC系统防患于未燃 从而在发生故障时能尽快修复 2 与外设通信自诊断正常后PLC即扫描编程器 上位机等通信接口 如有通信请求便相应处理 下一页 上一页 返回 9 2可编程控制器的结构组成和工作原理 3 输入现场状态完成前两步工作后PLC便扫描各输入点 读入各点的状态和数据 如开关的通 断状态 A D转换值 BCD码数据等 并把这些状态值和数据写入已定义为输入状态表和数据存储器的暂存单元 形成现场输入的 输入过程映像 下一页 上一页 返回 9 2可编程控制器的结构组成和工作原理 4 解算用户逻辑即执行用户程序 一般是从用户程序存储器的最低地址 0000H 存放的第一条程序开始 在无跳转情况下按存储器地址递增的方向顺序扫描用户程序 按用户程序进行逻辑判断和算术运算 因此称之为解算用户逻辑 下一页 上一页 返回 9 2可编程控制器的结构组成和工作原理 5 输出结果将本次扫描过程中解算逻辑的最新结果送到输出模块取代前一次扫描解算的结果 也称为输出刷新 在依次完成上述五步操作后 PLC又从自诊断开始进行下一次扫描 如此不断反复循环扫描 以实现对过程及设备的连续控制 直到收到停止命令 或遇到其它如停电 故障等现象时才停止工作 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 9 3 1可编程控制器的维护机器设备在一定工作环境下运行 总是要发生磨损甚至损坏 尽管PLC是由各种半导体集成电路组成的精密电子设备 而且在可靠性方面采取了很多措施 但由于所应用的环境不同 将对PLC的工作产生较大的影响 因此 对PLC进行维护是十分必要的 PLC维护的主要内容有 下一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 1 供电电源在电源端子处测量电压变化是否在标准范围内 一般电压变化上限不超过110 供电电压 下限不低于80 供电电压 2 外部环境温度在0 550C范围内 相对湿度在85 以下 振动幅度小于0 5mm 振动频率为10 55HZ 无大量灰尘 盐分和铁屑 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 3 安装条件基本单元和扩展单元安装是否牢固 连接电缆的连接器是否完全插入并旋紧 接线螺钉是否有松动 外部接线是否有损坏 4 寿命元件对于接点输出继电器 电器寿命为 阻性负载寿命一般为30万次 感性负载则为10万次 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 对于锂电池 要检查电压是否下降 由于存放用户程序的随机存储器 RAM 计数器和具有保持功能的辅助继电器等均用锂电池保护 一般锂电池的的工作寿命为5年左右 当锂电池的电压逐渐降低到一定的限度时 PLC基本单元上电池电压跌落指示灯亮 这就提示由锂电池支持的电压还可保留一周左右 必须更换锂电池 调换锂电池的步骤为 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 1 购置好锂电池 做好准备工作 2 拆装之前 先把PLC通电约15s 使作为存储器备用电源的电容充电 在锂电池断开后 该电容对RAM作短暂供电 3 断开PLC交流电源 4 打开基本单元的电池盖板 5 从电池支架上取下旧电池 装上新电池 6 盖上电池盖板 从取下旧电池到换上新电池的时间要尽量短 一般不允许超过3min 如果时间过长 用户程序将消失 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 9 3 2可编程控制器故障诊断1 可编程控制器故障的表现形式数控机床可编程控制器故障的表现形式为 1 从CNC故障报警可直接找到故障原因这种根据报警信息直接找到故障的数控机床 要求CNC有非常完善的检测功能 CNC与PLC之间的通信功能非常强大 对数控维修人员来说 机床的故障诊断与维修变得越来越直观 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 2 有CNC故障显示 但不反映故障的真正原因一些数控机床的故障诊断功能不很完善 当出现故障 CNC报警信息只能大概指出故障部位 有时CNC报警信息显示的内容与故障部位毫无关联 可能误导维修人员 维修人员根据自己的经验和数控机床的具体情况综合分析判断 才能找出故障的真正原因 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 3 出现故障没有任何提示因为数控系统没有该故障方面的检测 CNC没有任何提示显示 维修人员不知从何下手 只能根据数控机床的具体故障现象 综合理论分析判断 当涉及到线路板级维修时 由于没有技术图纸有时需要自己绘制草图 维修难度较大 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 2 可编程控制器故障诊断对于数控机床的PLC故障诊断 维修人员应充分利用数控装置显示报警信息 根据控制对象的工作原理 结合PLC梯形图分析控制对象动作的逻辑关系 通过查询PLC的I 0接口状态 分析故障产生的原因 确定故障发生的部位 做到快速准确地排除故障 常用的PLC故障诊断的方法有以下几种 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 1 根据报警号诊断故障现代数控系统有丰富的自诊断功能 能在显示器上显示故障的报警信息 为维修人员提供各种机床的状态信息 充分利用这些状态信息 就能迅速排除故障 要求维修人员熟悉掌握数控机床维修手册中故障信息代码的含义 能够根据报警信息确定故障发生的部位 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 2 根据动作顺序诊断故障数控机床上用于换刀的机械手及托盘装置的自动交换动作 都是按一定的顺序来完成的 因此观察机械装置的运动过程 比较发生故障时和正常时的机床的状态信息 就可发现疑点 诊断出故障原因 要求维修人员掌握数控机床自动交换动作的顺序 机械机构工作原理 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 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顺序控制工作原理编制的 通过对控制对象工作原理的分析 结合PLC的I 0状态 也是诊断故障的有效方法 要求维修人员掌握数控机床自动交换执行机构的电气控制原理 熟悉控制执行机构必须满足的输入条件 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 4 根据PLC的I 0状态诊断故障数控机床的输入 输出信号通过PLC的I O接口来实现 只要熟悉控制对象的PLC的I O通常状态和故障状态 可以不必分析梯形图中的逻辑关系 通过对比PLC的I O接口状态就能找出故障原因 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 5 通过PLC梯形图诊断故障如果PLC 的输入 输出点数多 逻辑控制复杂 就要通过PLC梯形图来分析和诊断 采用这种方法诊断机床故障 首先掌握机械动作执行顺序 以及互联锁关系 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 以确定故障原因 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 6 动态跟踪梯形图诊断故障有些PLC发生故障时 静态查看输入 输出及标志状态均为正常 但在运行过程中输入 输出及标志状态已变化 此时必须通过PLC动态跟踪 实时跟踪输入 输出及标志状态的瞬间变化 根据PLC动作原理做出诊断 要求维修人员熟悉PLC基本指令 能够根据梯形图分析动作执行顺序 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 对于数控机床的PLC故障诊断 具体问题具体分析 上述的诊断方法可结合应用 故障诊断的关键是 1 要熟悉控制对象的各种条件标志 特别是输入 输出信号标志 2 熟悉检测开关安装位置 如限位开关 接近开关和压力开关等在数控机床中具体位置 当输入条件不满足时可以很快定位测量 3 要了解执行机构的动作顺序过程和互联锁关系 熟悉PLC基本指令 能够分析梯形图 4 能够进行PLC动态跟踪操作 根据逻辑关系实时跟踪输入 输出及标志状态的瞬间变化 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 3 SIEMENS810系统PLC报警产生机理SIEMENS810系统的PLC通过机床制造厂家编制的用户程序 可以对机床侧的故障进行诊断 出现故障后进行报警 在屏幕上显示报警信息 并采取相应的处理措施 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 若遇到较复杂的故障最好使用机外编程器对PLC程序的运行进行在线监视 1 SIEMENS810系统的诊断菜单诊断功能 DIAGNOSIS 是SIEMENS810系统非常有用的功能 在任何操作状态下 在软键功能中找到DIAGNOSIS功能 按下面的软键后 进入诊断菜单 其菜单功能如图9 3所示 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 诊断菜单可以显示NC报警信息 PLC报警信息 PLC操作信息 PLC状态显示 NC系统版本显示 按 键进入扩展菜单 图9 4 在扩展菜单内可以显示 修改NC机床数据和PLC机床数据 还可以显示进给轴和主轴的伺服数据等 在图9 3所示的诊断菜单中 按PLCALARM下面的软键 可以查看已发生的还没有被清除的全部PLC报警 6000 6063和6100 6163范围内的 信息 如图9 5所示 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 2 PLC报警产生机理SIEMENS810系统的PLC6000 6063故障报警和7000 7063操作信息显示的报警信息来自机床厂家编制的报警文本 该文本格式如下 PCAN6000 AXESDRIVENOTOKN6063 OILLEVELISLOWN7000 WORNWHEELN7063 BRINGWHEELABOVEVERTICALMASTERM02 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 SIEMENS810系统的报警文本只能在编程器或者计算机上编制 然后在数控系统初始化菜单中通过RS232接口传入数控系统 这个报警文本在GAl和GA2版本中只能传入不能传出 在GA3版本中既可以传入也可以传出 出现故障报警后 报警号和报警信息显示在屏幕第二行的故障显示行上 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 那么故障是如何检测出来的 又如何按照机床厂家编制的报警文本显示机床报警的呢 这些报警是PLC系统根据输入端子输入的故障检测信号 通过PLC用户逻辑程序把相应的标志位置位 产生报警信号 NC系统与PLC之间有信号约定 PLC的报警标志位与报警号和相应的报警信息是一一对应的 NC系统根据从PLC传来的报警信号 把存储在存储器中的机床厂家编制的报警文本的相应报警信息调出 在屏幕上显示报警信息 表9 3是810系统PLC标志位与报警号的关系 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 3 利用诊断功能实时观察PLC的各种状态在诊断菜单中 可以实时显示PLC的各种状态 如输入状态 输出状态 标志位 数据位状态 以及定时器和计数器的状态等 这对故障检测是非常有用的 在诊断 DIAGNOSIS 菜单中 按PLCSTATUS下面的软键 进入PLC状态显示菜单 如图9 6所示 按相应的软键可以实时观察PLC的输入 输出 标志位和数据位等的状态 按 按键进入如图9 7所示的画面 可显示定时器和计数器的实时状态 下一页 上一页 返回 9 3数控机床可编程控制器的故障诊断与维修 例如在图9 5所示的PLC状态显示菜单中 按IW 输入字 下面的软键 进入PLC输入状态显示画面 图9 8 通过键盘上的方向键和翻页键 可以找到所要观察的PLC输入点的状态 上一页 返回 9 4可编程控制器故障诊断与维修实例 例9 1配备SIEMENS820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SIEMENS810 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对照 这个故障的处理方法是 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 下一页 返回 9 4可编程控制器故障诊断与维修实例 例9 2某数控机床的换刀系统在执行换刀指令时不动作 机械臂停在行程中间位置上 CRT显示报警号 查手册得知该报警号表示换刀系统机械臂位置检测开关信号为 0 及 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部分 由于相应的位置检测开关无信号送至PLC接口 从而导致机床中断换刀 造成开关无信号输出的原因有两个 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 二是电感式接近开关失灵 下一页 上一页 返回 9 4可编程控制器故障诊断与维修实例 例9 3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 故障排除 下一页 上一页 返回 9 4可编程控制器故障诊断与维修实例 对上述问题还有一种比较简单实用的方法 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 下一页 上一页 返回 9 4可编程控制器故障诊断与维修实例 例9 4故障现象为机床不能启动 但无报警信号 这种情况大多由于机床侧的准备工作没有完成 如润滑准备 冷却液准备等 查阅PLC有关的输入 输出接口 发现I3 1为 1 其余均正常 从接口表9 4看 正常状态是I3 1为 0 检查压力开关SP92 找到故障原因是滤油阀脏堵造成油压增高 下一页 上一页 返回 9 4可编程控制器故障诊断与维修实例 例9 5机床同上 故障现象为分度台旋转不停 但无报警号 查阅输出接口 发现输出Q0 4为 1 Q0 7为 1 从接口表看 Q0 4为 1 表明分度台无制动 Q0 7为 1 表明分度台处于旋转状态 再检查输入接口 发现I15 7为 0 其余正常 其原因是限位开关SQ12损坏 更换后 PLC输入 输出均恢复正常 故障排除 下一页 上一页 返回 9 4可编程控制器故障诊断与维修实例 例9 6配备SIEMENS810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YV14来执行 PLC梯形图如图9 9所示 下一页 上一页 返回 9 4可编程控制器故障诊断与维修实例 通过数控系统的DIAGNOSIS自诊断功能中的 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也为 0 根据梯形图 查看STATUSPLC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 处理方法是 1 检查机械传动部分 2 检查接近开关是否损坏 下一页 上一页 返回 9 4可编程控制器故障诊断与维修实例 例9 7某卧式加工中心出现回转工作台不旋转的故障 根据故障对象 用机外编程器调出有关回转工作台的梯形图 如图9 10所示 下一页 上一页 返回 9 4可编程控制器故障诊断与维修实例 根据回转工作台的工作原理 旋转时首先将工作台气动浮起 然后才能旋转 气动电磁阀YV12受PLC输出Q1 2的控制 因加工工艺要求 只有当两个工位的分度头都在起始位置 回转工作台才能满足旋转的条件 I9 7 I10 6检测信号反映两个工位的分度头是否在起始位置 正常情况下 两者应该同步 F122 3是分度头到位标志位 故障诊断的结论是 两个工步分度头不同步 处理方法 1 检查两个工位分度头的机械装置是否错位 2 检查检测开关I9 7 I10 6是否发生偏移 下一页 上一页 返回 9 4可编程控制器故障诊断与维修实例 例9 8配备SIEMENS810系统的双工位 双主轴数控机床 如图9 11所示 故障现象是 机床在AUTOMATIC方式下运行 工作在一工位加工完 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 下一页 上一页 返回 9 4可编程控制器故障诊断与维修实例 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 如图9 12所示 在图中 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 下一页 上一页 返回 9 4可编程控制器故障诊断与维修实例 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B1 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F111 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 B1 B2由于Q32 0随F117 0瞬间断开测得速度不正常而使F112 0状态变为 0 下一页 上一页 返回 9 4可编程控制器故障诊断与维修实例 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F111 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F111 6发生变化 继续跟踪梯形图PB13 7 观察发现 在出现故障时 I21 1瞬间断开 使F115 1瞬间变 0 最后使主轴停转 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 下一页 上一页 返回 9 4可编程控制器故障诊断与维修实例 例9 9图9 13为某立式加工中心自动换刀控制示意图 故障现象为 换刀臂平移至C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 下一页 上一页 返回 9 4可编程控制器故障诊断与维修实例 自动换刀的顺序是 换刀臂左移 B A 换刀臂下降 从刀库中拔刀 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 找下把刀具 换刀臂平移至C位置时 无拔刀动作 出现此故障 原因有以下几种