項目8　數(shù)控機(jī)床PLC故障診斷與分析

知識目標(biāo)

1.學(xué)習(xí)PLC的概念和在數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中的作用，明確FANUC 0i系統(tǒng)中的PMC信息交換；

2.能正確識讀懂?dāng)?shù)控機(jī)床PMC梯形圖；

3.學(xué)習(xí)如何運用數(shù)控機(jī)床中CNC、PLC和MT（機(jī)床本體）之間接口地址的信息狀態(tài)（通“1”、斷“0”）來判斷數(shù)控機(jī)床的工作狀態(tài)是否正常，并對常見故障加以排除。

技能目標(biāo)

1.能夠識記PLC的概念和在數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中的作用，明確FANUC 0i系統(tǒng)中的PMC信息交換；

2.培養(yǎng)PLC梯形圖識讀和綜合邏輯分析能力；

3.初步掌握運用數(shù)控機(jī)床中CNC、PLC和MT之間接口地址的信息狀態(tài)判斷數(shù)控機(jī)床的工作狀態(tài)是否正常，并對出現(xiàn)故障予以排除的基本技能。

任務(wù)1　認(rèn)識FANUC 0i系統(tǒng)中的PMC

◎任務(wù)提出

圖8.1　數(shù)控機(jī)床PLC梯形圖

對于如圖8. 1所示數(shù)控機(jī)床PLC梯形圖（詳見附錄），要求能夠查找和檢測數(shù)控機(jī)床輸入/輸出開關(guān)量地址信號和功能指令信號，明確CNC、PLC、MT之間的邏輯控制關(guān)系，利用這些開關(guān)量信號的狀態(tài)判斷數(shù)控機(jī)床故障的發(fā)生部位，最終明確PLC弱電控制機(jī)床強電邏輯順序的動作過程。

◎任務(wù)目標(biāo)

1.能夠識記PLC的概念和在數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中的作用，明確FANUC 0i系統(tǒng)中的PMC信息交換；

2.掌握PMC梯形圖程序結(jié)構(gòu)、熟悉FANUC PMC編程語言及編程指令，能夠識讀數(shù)控機(jī)床PMC梯形圖；

3.認(rèn)識PMC基本畫面、學(xué)會PMC各種顯示畫面的操作。

◎相關(guān)知識

數(shù)控機(jī)床除了對各坐標(biāo)軸的位置進(jìn)行連續(xù)控制外，還要對諸如主軸正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)、換刀及機(jī)械手控制、工件夾緊松開、工作臺交換、冷卻和潤滑等輔助動作進(jìn)行順序控制。在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床中，這些功能的實現(xiàn)是靠可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）來完成的。PLC是由早期的繼電器邏輯控制線路和裝置發(fā)展起來的，今天PLC以其控制功能強、使用方便、性價比高、抗干擾能力強的諸多優(yōu)點，作為很多自動化設(shè)備的通用控制器，在工業(yè)現(xiàn)場得到廣泛應(yīng)用。

在數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中，CNC和PLC分工合作完成對數(shù)控機(jī)床的控制，PLC主要實現(xiàn)M、S、T指令的處理以及數(shù)控機(jī)床輔助電氣控制部分的控制，通過對程序的周期掃描來進(jìn)行數(shù)控機(jī)床輔助電氣部分的邏輯順序控制，也稱為可編程機(jī)床控制器PMC（programmable machine tool controller）。

一、PMC在數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中的作用

PMC在數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中的作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.機(jī)床操作面板的控制

數(shù)控機(jī)床的操作面板有兩種：數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商提供的標(biāo)準(zhǔn)操作面板以及機(jī)床制造商自制單位操作面板。對于前者，面板上有標(biāo)準(zhǔn)的接口與PLC的I/ O板相連接，接線簡單；后者則可以按照機(jī)床操作者的特殊要求布置按鍵，但接線相對復(fù)雜。

機(jī)床操作面板上的各按鍵、開關(guān)信號，如工作方式選擇鍵、倍率開關(guān)、輔助動作按鍵等的信號都是直接進(jìn)入PMC，如圖8. 2所示，這些信號由PMC程序進(jìn)行邏輯處理后，給機(jī)床輸出相應(yīng)的控制信號，或送給CNC作進(jìn)一步處理，從而控制機(jī)床的運動。機(jī)床操作面板上各種指示燈信號則由PMC的輸出信號控制，如圖8. 3所示。

2.機(jī)床外部開關(guān)量輸入信號控制

將機(jī)床側(cè)的開關(guān)量信號送到PMC，這些開關(guān)量信號包括各類控制開關(guān)，如形成開關(guān)、接近開關(guān)、液位開關(guān)、壓力傳感器、溫度開關(guān)等，如圖8. 4所示。這些信號送入PMC后，由PMC進(jìn)行邏輯運算后，送給CNC或直接輸出給機(jī)床側(cè)實現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。這些輸入元件的故障率較高，故障形式有應(yīng)閉合而未閉合、斷開或接觸不良等。

圖8.2　數(shù)控機(jī)床操作面板上的按鍵信號

圖8.3　數(shù)控機(jī)床操作面板上的指示燈信號

3.輸出信號控制

PMC輸出的信號經(jīng)外圍強電控制電路中的繼電器、接觸器、液壓或氣動電磁閥等輸出給控制對象，如圖8. 5所示，用于控制機(jī)床側(cè)的輔助動作。如刀庫的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、機(jī)械手換刀、工作臺回轉(zhuǎn)、冷卻泵、潤滑泵的開啟與關(guān)閉等。

4.控制伺服和變頻使能

控制主軸和伺服進(jìn)給驅(qū)動裝置的使能信號，以滿足伺服驅(qū)動的條件，通過驅(qū)動裝置，驅(qū)動主軸電動機(jī)、伺服進(jìn)給電動機(jī)和刀架電動機(jī)等。

圖8.4　機(jī)床側(cè)開關(guān)信號輸入

圖8.5　PMC輸出控制信號

二、FANUC 0i系統(tǒng)中的PMC信息交換

在數(shù)控機(jī)床的控制過程中，PMC與CNC及機(jī)床之間進(jìn)行著豐富的信息交換，這些信息對于數(shù)控機(jī)床控制功能的實現(xiàn)起著重要作用，信息交換主要包括以下幾方面：

1.機(jī)床側(cè)至PMC

機(jī)床側(cè)的開關(guān)量信號通過I/ O單元接口輸入到PMC中，除極少數(shù)信號外，絕大多數(shù)信號的含義及所配置的輸入地址，可由PMC程序編制者或使用者自行定義。數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家可以方便地根據(jù)機(jī)床的功能和配置進(jìn)行地址分配，信號地址以字母X開頭。

2. PMC至機(jī)床

PMC的控制信號通過PMC的輸出接口送到機(jī)床側(cè)，所有輸出信號的含義和輸出地址也是可由PMC程序編制者或使用者自行定義，信號地址以字母Y開頭。

3. CNC至PMC

CNC送至PMC的信息可由CNC直接送入PMC的寄存器中，所有CNC送至PMC的信號含義和地址（開關(guān)量地址或寄存器地址）均由CNC廠家確定，PMC編程者只可使用不可改變和增刪。如數(shù)控指令的M，S，T功能，通過CNC譯碼后直接送入PMC相應(yīng)的寄存器中。信號地址以字母F開頭。

4. PMC至CNC

PMC送至CNC的信息也是將開關(guān)量信號傳送到寄存器，所用地址是“G”，此地址也是CNC廠家確定，PMC編程者只可使用，不可刪改。例如，F(xiàn)ANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)中，在操作面板上由按鈕發(fā)出要求機(jī)床單段運行的信號“MSBK”，該信號先由MT送到PMC，再由PMC送到CNC，其地址為“F004 # 3”。在［PMCDGN］→［STATUS］界面下，地址“F004 # 3”的狀態(tài)如果是“1”，則指令信號已進(jìn)入CNC；如果是“0”，則指令信號沒到達(dá)CNC，可能面板與CNC之間有故障。

除了上述的X，Y，F(xiàn)，G地址外，F(xiàn)ANUC PMC中的信號類型還有R，A，C，K等，F(xiàn)AUNC 0i數(shù)控系統(tǒng)PMC內(nèi)部資源如表8. 1所示：

表8.1　FANUC PMC中的信號類型

續(xù)表

三、PMC語言及編程

1. PMC的梯形圖程序

數(shù)控機(jī)床中采用PMC實現(xiàn)開關(guān)量的控制。PMC的控制過程是有用戶程序規(guī)定的，PMC用戶程序的表達(dá)方式有兩種：即梯形圖和語句表。編制用戶程序可采用梯形圖編程，也可采用語句表編程。PMC圖形編輯器支持這兩種編程方式。

（1）梯形圖程序

梯形圖又叫LADDER圖，梯形圖程序采用類似繼電器觸點、線圈的符號，如圖8. 6所示。梯形圖左右兩條豎直線稱為母線，梯形圖是母線和夾在母線之間的節(jié)點（或稱觸點）、線圈（或稱繼電器線圈）、功能塊（功能指令）等構(gòu)成的一個或多個“網(wǎng)絡(luò)”。每個梯形圖由一行或數(shù)行構(gòu)成。梯形圖兩邊的母線沒有電源，當(dāng)控制節(jié)點全部接通時，并沒有電流在梯形圖中流過，在分析梯形圖工作狀態(tài)時沿用了繼電邏輯電路的分析方法，故流過梯形圖的“電流”是一種虛擬的電流。梯形圖只描述了電路工作的順序和邏輯關(guān)系。

梯形圖中觸點代表邏輯“輸入”條件，如行程開關(guān)、面板按鈕等。線圈通常代表邏輯“輸出”結(jié)果，用來控制外部的指示燈、交流接觸器、中間繼電器和內(nèi)部的輸出條件等。如果輸出為“1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對應(yīng)軟繼電器的線圈“通電”；如果該存儲單元為“0”狀態(tài)，其常開觸點斷開，常閉觸點接通，表示線路“不通”。

梯形圖中的繼電器線圈和觸頭都被賦予了一個地址。梯形圖程序執(zhí)行過程是從梯形圖的開頭從上到下，由左至右，到結(jié)尾后再返回程序頭繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行，如此周期性地往復(fù)掃描CNC、MT接口地址信息，順序執(zhí)行。

圖8.6　梯形圖及執(zhí)行過程

（2）梯形圖程序和繼電器的區(qū)別

梯形圖使用與繼電器邏輯電路相似的控制邏輯，一般可以按照繼電器控制電路的邏輯原理進(jìn)行分析，這樣為電氣工程人員識讀梯形圖提供了方便；但梯形圖與傳統(tǒng)的繼電器控制電路有一定區(qū)別。

首先，梯形圖兩邊的母線沒有電源，當(dāng)控制節(jié)點全部接通時，并沒有電流在梯形圖中流過，在分析梯形圖工作狀態(tài)時沿用了繼電邏輯電路的分析方法，故流過梯形圖的“電流”是一種虛擬的電流。梯形圖只描述了電路工作的順序和邏輯關(guān)系。

其次，梯形圖的工作順序與繼電邏輯電路不同。梯形圖是順序程序，觸頭動作有先后；而在一般的繼電邏輯控制電路中，各繼電器在時間上完全可以同時動作，如圖8. 7所示，在繼電邏輯控制電路中圖8. 7（a）與圖8. 7（b）的動作是相同的，即接通觸頭A后，線圈B和C通電，C線圈接通后B斷開。作為梯形圖，在圖8. 7（a）中PMC梯形圖程序的作用和繼電邏輯控制電路一樣，即接通觸頭A后，線圈B和C通電，經(jīng)過一個掃描周期后B線圈斷電；而在圖8. 7（b）中，按照梯形圖的順序，接通觸頭A后，C線圈接通，但B線圈并不接通。

圖8.7　PMC程序與繼電邏輯控制電路的區(qū)別

最后，在繼電邏輯控制電路中，繼電器的觸點數(shù)是有限的，因此在控制線路設(shè)計時應(yīng)認(rèn)真考慮觸電分配，而在PMC梯形圖中繼電器的觸點認(rèn)為有無限，不受數(shù)量限制。

（3）PMC程序結(jié)構(gòu)

PMC程序從整體結(jié)構(gòu)上分為第1級和第2級程序，還有子程序，但子程序必須在第2級程序中指定，其程序組成結(jié)構(gòu)如圖8. 8所示。

圖8.8　PMC程序的構(gòu)成

執(zhí)行時先執(zhí)行程序頭的第1級程序，至END1結(jié)束；再執(zhí)行第2級程序。第1級程序每8 ms執(zhí)行1次，第二級程序在編程完成后向CNC的調(diào)試RAM中傳送時被自動分割成n等分（依據(jù)其程序長短），每8 ms中掃描完第1級程序后，再依次掃描第2級程序，所以整個PMC程序的執(zhí)行周期為8×n ms。如果第1級程序較長，將導(dǎo)致每8 ms中能掃描的第2級程序過少，這樣一來第2級程序的分割數(shù)目n就會增多，從而使整個PMC程序執(zhí)行周期延長。因此編寫第1級程序時，應(yīng)使其盡可能短，通常將與安全有關(guān)的急停處理和超程處理安排在第1級程序中。PMC執(zhí)行周期如圖8. 9所示。

圖8.9　PMC執(zhí)行周期

（4）PMC梯形圖符號

PMC梯形圖程序的基本要素是符號，所用符號如表8. 2所示。

表8.2　梯形圖編程符號

注：細(xì)實線表示PMC內(nèi)部符號；粗實線表示與CNC有關(guān)的符號；雙實線表示MT側(cè)符號。

2. PMC編程指令

編寫PMC程序時通常有兩種方法：第1種是使用助記符語言（RD、RD. NOT、WRT、AND、OR等PMC基本指令）寫成語句表來編程；第2種方法是梯形圖符號編程。使用梯形圖符號編程不需要理解PMC指令就可以直接進(jìn)行程序編制，易于理解，方便快捷，其基本指令運算過程如表8. 3所示。

表8.3　常見PMC功能指令

續(xù)表

續(xù)表

續(xù)表

續(xù)表

續(xù)表

續(xù)表

PMC的基本指令只能實現(xiàn)簡單的邏輯關(guān)系控制，但有些功能，如M指令讀取、定時（刀架換刀延時或液壓系統(tǒng)動作延時）、計數(shù)（加工零件計數(shù)）、最短路徑選擇（使刀庫沿最短路徑旋轉(zhuǎn)）、比較、檢索、轉(zhuǎn)移、代碼轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)四則運算、信息顯示等很難靠基本指令完成，PMC的功能指令剛好可以彌補基本指令的不足，可以實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床信息處理和動作控制的特殊要求，常用的PMC功能指令如表8. 3所示。

四、系統(tǒng)PMC畫面功能及具體操作

FANUC數(shù)控系統(tǒng)可通過屏幕對PMC實施操作，進(jìn)行PMC梯形圖的動態(tài)顯示，監(jiān)控與診斷PMC的各種輸入/輸出信號狀態(tài)；可對定時器、計數(shù)器、保持型繼電器、數(shù)據(jù)表等寄存器進(jìn)行設(shè)定和顯示；還能夠?qū)μ菪螆D進(jìn)行編輯等，由此來判斷和查找數(shù)控機(jī)床故障位置。

在MDI方式下按系統(tǒng)功能鍵 ，再按（PMC）軟鍵，則在屏幕上顯示PMC基本菜單畫面，如圖8. 10所示。

注意：要顯示下面5個軟件，需要按一下擴(kuò)展鍵 。

1.動態(tài)顯示梯形圖程序（PMCLAD）

PMC提供直觀梯形圖顯示，在PMC基本界面（見圖8. 10所示）中按［PMCLAD］軟鍵，即可顯示如圖8. 11所示的梯形圖顯示。梯形圖執(zhí)行時，如系統(tǒng)采用單色顯示器，信號接通邏輯“1”狀態(tài)用高亮度線條顯示，信號斷開為暗線顯示；如系統(tǒng)采用彩色液晶顯示器，信號接通為白色線顯示，信號斷開為綠色線顯示。以此確認(rèn)系統(tǒng)動作的控制狀態(tài)，可有效地發(fā)現(xiàn)故障原因。

用光標(biāo)移動鍵和翻頁鍵可以變更顯示位置。

軟鍵［TOP］為返回梯形圖開頭的操作軟鍵；

軟鍵［BOTTOM］為返回梯形圖末尾的操作軟鍵；

軟鍵［SRCH］為搜索梯形圖中信號觸頭的操作軟鍵，如要搜索信號F7. 3時，輸入F7. 3，再按下［SRCH］軟鍵，系統(tǒng)就會把信號F7. 3當(dāng)前梯形圖顯示出來；

圖8.10　PMC基本界面

圖8.11　梯形圖顯示界面

軟鍵［W-SRCH］為搜索梯形圖中信號線圈的操作軟鍵，如要搜索信號R6. 0的線圈時，輸入R6. 0，再按下［W-SRCH］軟鍵，系統(tǒng)就會把R6. 0信號線圈所在的當(dāng)前梯形圖顯示出來；

軟鍵［N-SRCH］為搜索梯形圖的行號的操作軟鍵；

軟鍵［F-SRCH］（需要按系統(tǒng)擴(kuò)展鍵）為搜索梯形圖中功能指令的操作軟鍵，輸入“功能指令號”或鍵入“功能指令名”，然后按［F-SRCH］。如搜索梯形圖中可變定時器01，輸入可變定時器的功能指令號3，然后按下［F-SRCH］，系統(tǒng)就會把定時器01所在的梯形圖顯示當(dāng)前畫面。

2.系統(tǒng)梯形圖的診斷界面（PMCDGN）

在PMC基本界面中按［PMCDGN］軟鍵，即可顯示出系統(tǒng)梯形圖的診斷界面，如圖8. 12所示。

圖8.12　PMCDGN界面

在界面中可以分別顯示：TITLE（標(biāo)題）界面、STATUS（狀態(tài)）界面、ALARM（報警）界面、TRACE（跟蹤）界面、M. SRCH（存儲器顯示）和ANALY（分析）等界面。

（1）TITLE（標(biāo)題）界面

系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)有梯形圖程序時，應(yīng)首先顯示在內(nèi)存中的標(biāo)題數(shù)據(jù)，即TITLE（標(biāo)題）界面，標(biāo)題界面可有幾頁，用頁面鍵可以翻頁查閱。

（2）STAUS（狀態(tài)）界面

STATUS（狀態(tài)）界面用于顯示輸入/輸出的信號、內(nèi)部繼電器等的開、關(guān)狀態(tài)。程序中所有的使用地址（X，Y，F(xiàn)，G，R，A，C，K，D，T）的內(nèi)容可在CRT屏幕上顯示。這對于查找數(shù)控機(jī)床故障點非常重要，根據(jù)此可判斷故障出現(xiàn)在CNC側(cè)還是在MT側(cè)等。操作步驟如下：

①在圖8. 12診斷界面上按下［STATUS］軟鍵，CRT屏幕顯示如圖8. 13所示。

圖8.13　STATUS（狀態(tài)）界面

②鍵入要顯示的地址后按下［SEARCH］鍵或翻頁鍵來顯示另一地址。

（3）ALARM（報警）界面的顯示

ALARM（報警）界面用于顯示PMC中發(fā)生的報警。如果PMC發(fā)生報警，按下［ALARM］軟鍵，可以顯示報警信息，如圖8. 14所示。

“ALM”在屏幕右下角閃爍。如果發(fā)生了一個致命錯誤，則順序程序不能啟動。對于界面上所顯示的報警號的詳細(xì)意義，可查找機(jī)床說明書中提供的“報警信息列表”。

（4）TRACE（跟蹤）界面

用于系統(tǒng)PMC信號的跟蹤畫面顯示。

圖8.14　ALARM（報警）界面

3. PMC參數(shù)畫面（PMCDGN）

在PMC基本界面上按軟鍵［PMCPRM］，能夠顯示PMC的參數(shù)界面，如圖8. 15所示，可以分別打開TIMER（定時器）、COUNTR（計數(shù)）、DATA（數(shù)據(jù)表）、KEEPRL（保持型繼電器）等界面。按光標(biāo)鍵，把光標(biāo)移到希望修改的地址號碼上，輸入數(shù)值，按功能鍵“INPUT”，數(shù)據(jù)被輸入。

圖8.15　參數(shù)界面（PMCPRM界面）

（1）定時器設(shè)定畫面（TIMER）

該畫面顯示PMC控制中可變定時器的設(shè)定時間，定時器的時間設(shè)定單位為ms（十進(jìn)制形式顯示），每個定時器占用系統(tǒng)內(nèi)部兩個字節(jié)。系統(tǒng)在MDI狀態(tài)下，并且參數(shù)保護(hù)PWE =1，就可直接對定時器設(shè)定時間進(jìn)行修改。

（2）計數(shù)器畫面（COUNTER）

該畫面顯示PMC控制中計數(shù)器號、計數(shù)器的存儲地址（每個計數(shù)器占用系統(tǒng)內(nèi)部4個字節(jié)）、計數(shù)器的預(yù)置值和計數(shù)器的當(dāng)前數(shù)值（計數(shù)器的數(shù)值具有斷電保護(hù)功能）。系統(tǒng)在MDI狀態(tài)下，并且參數(shù)保護(hù)PWE =1，就可直接對計數(shù)器的預(yù)置值進(jìn)行設(shè)定或進(jìn)行修改。具體畫面如圖8. 15所示。

（3）保持型繼電器畫面

FANUC 0i A系統(tǒng)的保持型繼電器地址位K0—K19，其中K16—K19為系統(tǒng)專用繼電器，不能作為他用；FANUC 0i B/0i C系統(tǒng)（PMC為SB7）的保持型繼電器地址位K0—K99（用戶使用）和K900—K919（系統(tǒng)專用），具體畫面見圖8. 16所示。

圖8.16　系統(tǒng)PMC保持型繼電器畫面

◎任務(wù)實施

基本任務(wù)　PMC基本操作與調(diào)試

（1）根據(jù)圖8. 17所示流程，查閱PMC各模塊的數(shù)據(jù)和信號，熟悉操作過程和步驟。

圖8.17　PMC操作流程圖

（2）操作PMC界面進(jìn)入開關(guān)量顯示狀態(tài)，依據(jù)表8. 4給出的FANUC 0i Mate系統(tǒng)輸入輸出地址速查表，對照機(jī)床電氣原理圖（參見附錄），檢查PLC輸入/輸出點的連接和邏輯關(guān)系是否正確。手動檢查機(jī)床超程限位開關(guān)、減速開關(guān)等開關(guān)量是否有效，報警顯示是否正確。

表8.4　FANUC 0i Mate系統(tǒng)輸入輸出地址速查表

注：①X8. 3～X8. 7、X9. 0～X9. 2、X10. 0～X10. 3、X11. 1、X11. 5為常閉狀態(tài)，其他為常開狀態(tài)；
②ROV1/ MP1、ROV2/ MP2表示手輪/快速進(jìn)給倍率；
③*OV1、*OV2、*OV4、*OV8表示點動進(jìn)給倍率0～150%：0 =0000，10%=1000，20%=0100，…，150%=1 111；
④MD1、MD2、MD4為工作方式選擇開關(guān)：存儲器=110、自動=100、MDI = 000、手輪=001、GOG =101、返回參考點=111。

◎思考題

1.舉例說明PMC在數(shù)控機(jī)床中的控制功能。

2.解釋PMC地址含義：X，Y，F(xiàn)，G，T，C，R，K。

3. PMC控制與繼電邏輯控制相比有什么優(yōu)點？

4.查閱FANUC 0i C系統(tǒng)相關(guān)PMC程序，對照檢查表8. 5，8. 6中給出的相關(guān)I/ O信號的地址是否一致，并明辨其含義。

表8.5　PMC與機(jī)床之間有關(guān)急停、運行準(zhǔn)備的I/ O信號

表8.6　PMC與NC之間有關(guān)急停、運行準(zhǔn)備的I/ O 信號

任務(wù)2　通過PMC進(jìn)行故障診斷

◎任務(wù)提出

大家都知道，在實際操作中，如果在JOG手動進(jìn)給時，經(jīng)常會出現(xiàn)某軸超程故障，此刻CNC系統(tǒng)屏幕上會顯示超程報警，同時機(jī)床點動功能失效。解決這一故障現(xiàn)象的方法是：按下控制面板上的“超程解除”功能鍵，與此同時按點動鍵，讓機(jī)床沿反向移動退出超程區(qū)域，然后停止手動進(jìn)給，松開超程解除按鍵，則報警消除。那么，這么做的依據(jù)是什么？

由前已知，PLC是CNC與數(shù)控機(jī)床之間信號傳遞與處理的中間環(huán)節(jié)，機(jī)床側(cè)的開關(guān)、按鍵、傳感器等輸入信號首先送給PLC處理；CNC對機(jī)床側(cè)的控制信號也要經(jīng)過PLC傳遞給機(jī)床側(cè)的繼電器、接觸器、電磁閥、指示燈等電器元件；PLC還要把指令執(zhí)行的結(jié)果及機(jī)床的狀態(tài)反饋給CNC。如果這些信號中的任何一個沒有到位，任何一個執(zhí)行元件沒有按照要求動作，機(jī)床都會出現(xiàn)故障，而機(jī)床側(cè)的輸入/輸出元件是數(shù)控機(jī)床上故障率較高的部位，在數(shù)控機(jī)床的故障中，和PLC相關(guān)的故障占有較高比例，顯而易見，掌握這部分故障的分析方法很必要。

然而和PLC相關(guān)的故障主要有哪些表現(xiàn)形式呢？又如何通過PLC進(jìn)行故障的分析查找呢？

◎任務(wù)目標(biāo)

1.熟練掌握PMC梯形圖程序顯示、PMC診斷畫面、PMC參數(shù)畫面等操作技能；

2.明確PLC故障表現(xiàn)形式，學(xué)習(xí)PLC故障診斷的基本方法，依據(jù)報警號、動作順序、控制對象工作原理、PLC的I/ O狀態(tài)等來診斷故障。

◎相關(guān)知識

數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)PLC方面的故障時，一般有3種表現(xiàn)形式：

①有明確報警信息，通過報警信息可直接找到故障的原因；

②有故障顯示，但不反映故障的真正原因；

③沒有報警信息和故障提示。

對于后兩種情況，可以利用數(shù)控系統(tǒng)的自診斷功能，根據(jù)PLC的梯形圖和輸入/輸出狀態(tài)信息來分析和判斷故障的原因，這是解決數(shù)控機(jī)床外圍故障的基本方法。

一、根據(jù)系統(tǒng)報警分析查找PMC故障

在MDI方式下按系統(tǒng)功能鍵 ，顯示如圖8. 18所示界面，在該畫面中按下［DGNOS］軟鍵，顯示如圖8. 19所示的系統(tǒng)診斷功能畫面。不同的診斷號代表不同的含義。

圖8.18　系統(tǒng)參數(shù)畫面

實例體會：一數(shù)控機(jī)床在自動運行狀態(tài)中，每當(dāng)執(zhí)行M8（切削液噴淋）這一輔助功能指令時，加工程序就不再往下執(zhí)行了。但此時管道是有切削液噴出，系統(tǒng)無任何報警提示。

分析與檢查過程如下：

圖8.19　系統(tǒng)的診斷功能界面

①在MDI方式下按系統(tǒng)功能鍵 ，再按下［DGNOS］，調(diào)出系統(tǒng)診斷功能界面，發(fā)現(xiàn)診斷號000為“1”，即系統(tǒng)正在執(zhí)行輔助功能，切削液噴淋這一輔助功能未執(zhí)行完畢，可見在系統(tǒng)中未能確認(rèn)切削液是否已噴出，而事實上切削液已噴出。

②查閱電氣控制原理圖，發(fā)現(xiàn)在切削液管道上安裝有流量開關(guān)，用以確認(rèn)切削液是否噴出。在PMC程序的信號狀態(tài)監(jiān)控界面中檢查該流量開關(guān)的輸入點X2. 2，檢查發(fā)現(xiàn)該點的狀態(tài)為“0”（有噴淋時正常應(yīng)為“1”），于是故障原因可以確定為在有切削液正常噴出的情況下流量開關(guān)未能正常動作所致。

③更換新的流量開關(guān)后重新運行程序，故障排除。

二、觀察PLC的I/ O狀態(tài)，判斷相應(yīng)開關(guān)量是否已輸入、輸出以此判斷故障

在MDI方式下按系統(tǒng)功能鍵 ，再按［PMC］軟鍵，則在屏幕上顯示PMC基本菜單畫面（見圖8. 10）。

在PMC基本菜單畫面中按［PMCLAD］軟鍵，即可顯示出梯形圖（見圖8. 11）。梯形圖執(zhí)行時，如系統(tǒng)采用單色顯示器，信號接通邏輯“1”狀態(tài)用高亮度線條顯示，信號斷開為暗線顯示；如系統(tǒng)采用彩色液晶顯示器，信號接通為白色線顯示，信號斷開為綠色線顯示。通過此畫面，可以實時監(jiān)控PMC與CNC、機(jī)床之間各個信號的狀態(tài)。

在PMC基本界面中按［PMCDGN］軟鍵，即可進(jìn)入系統(tǒng)梯形圖的診斷界面（見圖8. 12），再按下［STAUS］軟鍵，顯示圖8. 13所示的PMC信號狀態(tài)，可以直觀觀察梯形圖相應(yīng)開關(guān)量的通斷，若邏輯為“1”或通，表示MT，CNC側(cè)連接沒有問題，若不通，則檢查外部電路。對于M，S，T指令，可以在從MDI方式下寫一段程序驗證，在執(zhí)行的過程中觀察相應(yīng)的地址位。

實例體會：某臺數(shù)控車床通電后進(jìn)行Z軸返回參考點操作，返回參考點速度很慢，且無論怎么執(zhí)行，每次都出現(xiàn)急停報警。

分析與檢查過程如下：

①經(jīng)過仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)Z軸在返回參考點過程中速度不僅較低而且一直不變，觀察減速擋塊，壓到減速開關(guān)，但是速度沒有變化。

②調(diào)出PMC診斷畫面，在診斷畫面中觀察到Z軸減速信號X9. 1一直為“0”，進(jìn)一步檢查，確認(rèn)減速開關(guān)動作正常，確認(rèn)X9. 1信號線接線正常，再檢查接至減速開關(guān)的24 V電源，結(jié)果24 V電源沒有，故信號X9. 1總是“0”。

③FANUC數(shù)控機(jī)床回參考點的正確過程如圖8. 20所示。

圖8.20　數(shù)控機(jī)床返回參考點控制

出現(xiàn)故障時，由于X9. 1信號一直為“0”，相當(dāng)于減速開關(guān)被撞塊壓下的狀態(tài)，所以Z軸在返回參考點過程中以低速運行，表現(xiàn)為速度很慢。而CNC一直在等候減速開關(guān)信號X9. 1變?yōu)椤?”，因為只有它變成“1”后系統(tǒng)開始找編碼器一轉(zhuǎn)信號，并在接收到一轉(zhuǎn)信號后移動一個柵格偏移量準(zhǔn)確停在機(jī)床的參考點上，但由于24V電源端子斷開，X9. 1無法變成“1”，所以機(jī)床一直移動，直至超程，產(chǎn)生急停報警。

三、觀察PMC動態(tài)梯形圖，結(jié)合系統(tǒng)的工作原理，查找故障點

根據(jù)PMC的梯形圖來分析和診斷故障是解決數(shù)控機(jī)床外圍故障的基本方法。如果采用這種方法，首先應(yīng)該清楚機(jī)床的工作原理、動作順序和連鎖關(guān)系，然后根據(jù)梯形圖查看相關(guān)的輸入/輸出及標(biāo)志位的狀態(tài)，以確定故障原因。

實例體會：配備FANUC 0i MC的臥式加工中心，采用機(jī)械手換刀。某次換刀過程中，機(jī)械手已伸出，但手臂一直不轉(zhuǎn)，無法完成換刀過程。

分析與檢查過程如下：

①換刀機(jī)械手動作過程如下：兩端機(jī)械手爪夾緊（主軸刀具及刀庫換刀位刀具夾緊　）主軸及刀庫刀具松開主軸孔吹氣機(jī)械手臂伸出（將主軸刀具及刀庫刀具卸出?。?img title="pagenumber_ebook=287,pagenumber_book=280" class="picture_character" src="http://image.guayunfan.com/attached/image/20210503/146681/c59f426e-1c40-45b8-a11c-d5b99e429b40.jpg">手臂旋轉(zhuǎn)　180手臂縮回（將刀具裝入主軸及刀庫?。?img title="pagenumber_ebook=287,pagenumber_book=280" class="picture_character" src="http://image.guayunfan.com/attached/image/20210503/146681/41876cc3-8e3e-4391-9d0a-d81f526d235e.jpg">主軸及刀庫刀具夾緊機(jī)械手松開關(guān)斷主軸孔吹氣，換刀過程結(jié)束。

②在MDI方式下按系統(tǒng)功能鍵 ，再按［PMC］軟鍵調(diào)出PMC基本菜單，在PMC基本菜單畫面中按［PMCLAD］軟鍵打開PMCLAD界面，通過監(jiān)控梯形圖程序檢查機(jī)械手不旋轉(zhuǎn)的原因，有關(guān)的PMC程序如圖8. 21所示。

③檢查此程序運行情況，發(fā)現(xiàn)Y5. 6和Y5. 7都為“0”。從控制條件看，機(jī)械手臂已伸出即R23. 4為“0”，同時X6. 5為“0”，X6. 6為“1”，R21. 7為“0”，而只有當(dāng)R21. 7為“1”時Y5. 6才會為“1”，此時機(jī)械手臂才會旋轉(zhuǎn)。

④繼續(xù)向上查閱R21. 7為“1”的控制條件，R0. 6為“1”，R21. 2為“1”，R21. 6為“1”，只要R34. 3為“1”，R21. 7就會為“1”。

圖8.21　控制機(jī)械手旋轉(zhuǎn)的PMC程序

⑤在檢查R34. 3，發(fā)現(xiàn)X6. 3和X6. 4均為“0”，而在機(jī)械手臂伸出的狀況下，手臂在外行程開關(guān)信號X6. 4的狀態(tài)應(yīng)該為“1”。

⑥在機(jī)床上檢查這個行程開關(guān)，發(fā)現(xiàn)安裝固定螺釘松動，開關(guān)位置有些變化，遂將開關(guān)位置調(diào)整好并重新固定，再試可正確完成換刀過程。

注意：檢查開關(guān)前應(yīng)將工作方式轉(zhuǎn)換為手動方式后再檢查開關(guān)，這樣在調(diào)整開關(guān)位置時機(jī)械手臂及手爪均保持原來的位置和狀態(tài)。

◎任務(wù)實施

基本任務(wù)　利用PMC進(jìn)行故障診斷

以相關(guān)知識中介紹的RS-FANUC 0i C/0i Mate C數(shù)控機(jī)床綜合實訓(xùn)系統(tǒng)為平臺，利用系統(tǒng)中I/ O上的撥碼開關(guān)模擬刀架刀位檢測、超程等故障，并觀察各故障對機(jī)床運行的影響，然后進(jìn)行排除，在實際操作中體驗利用PMC進(jìn)行故障診斷的方法。具體內(nèi)容如下：

1.手動點動運行

①機(jī)床通電，解除急停按鈕，完成返回參考點操作。

②將機(jī)床工作方式設(shè)定為JOG方式，分別按下- X，+ X方向鍵，觀察刀架運動，確認(rèn)運行正確，然后再次返回參考點。

③將- X點動運行撥碼開關(guān)斷開，此時再按下- X，觀察刀架運動情況（沒有點動）。

④依據(jù)上一任務(wù)中給出FANUC 0i Mate系統(tǒng)輸入/輸出地址速查表，檢查- X點動控制的PLC輸入信號及地址，可知為X12. 3。

⑤按 ［PMC　［PMCLAD］打開PMC梯形圖，通過鍵盤鍵入X12. 3，然后按軟鍵［SEARCH］檢索X12. 3信號，顯示畫面如圖8. 22（a）所示。圖中地址X12. 3顯示為觸點沒導(dǎo)通。由于- X點動鍵已按下，梯形圖觸點卻沒導(dǎo)通，說明信號原因是信號不同。

⑥將- X點動運行撥碼開關(guān)接通，再次按下- X鍵，則刀架作- X方向運動，故障消除。同時觀察梯形圖，此時梯形圖如圖8. 22（b）所示，- X點動控制信號接通。

圖8.22　- X點動信號檢測

2.超程及超程復(fù)位

超程故障現(xiàn)象：在實際操作中，如果在JOG手動進(jìn)給時，不慎造成某軸超程故障，此刻CNC系統(tǒng)屏幕上會顯示超程報警，同時機(jī)床點動功能失效。

①將機(jī)床工作方式設(shè)定為JOG方式，分別- X，+ X，- Z，+ Z方向鍵，觀察刀架運動，確認(rèn)運行正確。

②利用撥碼開關(guān)斷開，隨機(jī)將- X，+ X，- Z，+ Z限位信號斷開，此時CNC屏幕上會出現(xiàn)超程報警信息，如“411伺服報警：Z軸超程”。

③依據(jù)上一任務(wù)中給出FANUC 0i Mate系統(tǒng)輸入/輸出地址速查表，檢查+ Z，- Z限位控制的PLC輸入信號及地址，可知為X8. 6和X8. 3。

④按 ［PMC?。?img title="pagenumber_ebook=289,pagenumber_book=282" class="picture_character" src="http://image.guayunfan.com/attached/image/20210503/146681/e0aba6b0-6517-4e07-8f51-f641003cf300.jpg">［PMCLAD］打開PMC梯形圖，觀察超程時梯形圖如圖8. 23（a）所示。梯形圖中X8. 3為細(xì)實線，表示該觸點為斷開狀態(tài)，致使線圈G8. 4失電，從而使機(jī)床點動功能失效。

⑤按下控制面板上的“超程解除”功能鍵，此時梯形圖如圖8. 23（b）所示。圖中超程解除信號X12. 7為粗實線（即觸點導(dǎo)通），該觸點提供一條支路使線圈G8. 4得電，使機(jī)床點動功能恢復(fù)。故與此同時按點動鍵，讓機(jī)床沿反向移動退出超程區(qū)域，然后停止手動進(jìn)給，松開超程解除按鍵，則報警消除。沒有超程時的梯形圖如圖8. 23（c）所示。

圖8.23　超程及超程解除控制

3.自動換刀故障檢查

故障現(xiàn)象：四刀位數(shù)控車床處于MDI方式，當(dāng)鍵入指令T02時，刀臺一直轉(zhuǎn)動不停，找不到刀具，不能完成換刀操作。

故障診斷處理思路及步驟：

①查閱四工位刀架電氣控制原理圖，詳見附錄FANUC 0i Mate TC實訓(xùn)系統(tǒng)電氣原理圖之3/18、5/18及14/18頁，經(jīng)分析檢查確認(rèn)刀架正轉(zhuǎn)控制正常，即數(shù)控系統(tǒng)已發(fā)出換刀信號，刀架正轉(zhuǎn)繼電器得電，進(jìn)而使刀架正轉(zhuǎn)接觸器得電，刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過減速機(jī)構(gòu)及升降機(jī)構(gòu)將上刀體上升至一定位置，但刀臺一直轉(zhuǎn)動不停，未能轉(zhuǎn)到所選刀位停止，故考慮問題產(chǎn)生于刀架檢測信號。

②車床設(shè)置為MDI方式，鍵入換刀指令，但改換其他號刀具，換刀操作完成。

③繼續(xù)查閱電氣原理圖中刀架檢測控制信號，控制原理如圖8. 24所示。由圖中可看出2號刀的刀位信號為X10. 1。

圖8.24　刀架檢測信號

④打開PMC梯形圖，在梯形圖上檢索2號刀信號地址，發(fā)現(xiàn)梯形圖中X10. 1為細(xì)實線，表明X10. 1地址沒有導(dǎo)通，即沒有接收到2號刀位信號，進(jìn)一步檢查確認(rèn)XT6處信號線接線不良所致。

◎思考題

1.當(dāng)機(jī)床出現(xiàn)超程限位報警時，采取怎樣的步驟進(jìn)行消除？

2. FANUC PMC提供了哪些可利用的故障診斷功能？

3.怎樣利用PMC排查數(shù)控機(jī)床故障，舉例說明。

4.當(dāng)你在MDI方式用程序?qū)ふ夷骋坏短枙r，刀架一直旋轉(zhuǎn)不停找不到刀具，一般是由于什么原因引起的？