基于PLC的西门子810系统数控机床故障诊断与排除.pdf

2 0 1 0年 1月 第 3 8卷 第 2期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUU C S J a n ． 2 01 0 Vo 1 ． 3 8 No ． 2 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 0 ． 0 2 ． 0 4 2 基于 P L C的西门子 8 1 0系统数控机床故障诊断与排除 姚玲峰，罗纲 成都纺织高等专科 学校机械 系，四川成都 6 1 1 7 3 1 摘要论述了P L C在数控机床中的功能作用，指出西门子 8 1 0系统 P L C的特点 ；结合实例，阐述了利用P L C状态信息 和运用机外编程器在线动态跟踪 P L C梯形图等快速、准确地判断西门子 8 1 0系统数控机床故障的方法。 关键词数控机床；故障诊断；P L C 中图分类号T P 3 0 6． 3 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 ～3 8 8 1 2 0 1 0 2 1 0 82 在数控机床中，C N C系统完成刀具相对于工件 各坐标轴几何运动规律的数字控 制 ，包括插补运算 和 刀具补偿等数据的处理，另外还有许多辅助功能，如 主轴的正反转运动 和停止 、进 给运 动 的启 动和停止 ， 刀库及机械手换刀控制，冷却、排屑装置和工件的装 夹等许多应答式开关量的控制均是由数控机床 中的可 编程控制器完成 的。 可编程控制器简称 P L C，P L C在数控机床上起着 连接 C N C与机床 的桥梁作 用 ，一方 面 ，它接受 C N C 的控制指令，并根据机床侧的控制信号 ，在内部顺序 程序 的控 制下 ，给机床 侧发 出控 制指 令 ，控 制 电磁 阀、继 电器 、指 示 灯 ，并 将 状 态信 号 发 送 到 C N C ； 另一方面，在对大量开关信号处理过程中，任何一个 信号不到位，任何一个执行元件不动作，都会使机床 出现故 障⋯。 西 门子 S I N U ME R I K 8 1 0系统 是德 国西 门子 公 司 2 O世纪 8 0年代中期推出的中档数控系统。其后的十 几年中西 门子公司相继推出 G A 1 、G A 2 、G A 3三种型 号的 8 1 0系列产品。由于 系统功能强 ，使用方便 ，硬 件采用模块化结构 ，系统便于维修 ，并且体积小 ，因 此 8 1 0系统得到了广泛的应用 。8 1 0系统 自带一个 集成式 P L C ，用于实现 系统与机床的接 口和电气逻辑 控制 。 在数控机床的故障中，输／ 输出 I ／ O故障是 最常见的故障，通过对可编程序控制器 P L C的检查， 可以很方便地判断出8 1 0系统数控机床的这类故障。 1 根据 P L C的状态信息诊断故障 西门子 8 1 0系统的7 0 0 0 - 7 0 6 3 号显示的信息是对操 作者的提示和警告，是机床制造厂家为特定机床设计 的，状态信息来 自机床制造厂家编写的、事先存储在 N C系统中的状态文本 ，指示机床 的状态 ，如液压或润 滑油位不够、负载门打开、设定一些开关位置等等。 这样 ，可以根据屏幕上的状态信息进行机床维修 。 应用实例采用西门子 8 1 0系统的数控磨床，有 一 段时间经常出现 7 0 0 0号报警，出现报警时，机床 不能进行其他操作。按复位键或者关机再开，故障有 时会 消除。 故障分析与检查。出现报警后对机床控制部分的 热继电器进行检查 ，没 有发现 问题 。根据数控 系统工 作原 理 ， 出 现 7 0 0 0号 报 警 ，P L C 的 相 应 标 志 位 F 1 0 8 ． 0应该 置为 “ 1 ” 。用系统 D I A G N O S I S菜单 中的 P L C S T A T U S功能检查 F 1 0 8 ． 0状态 ，在 出现报警 时其 图 1所示 。 图 1 7 0 0 0报警梯形图 1 9 8 ． 7变为 ⋯ 1 ’后 ，F 1 0 8 ． 0才能 变为 “ 0 ” ，这 时故 2 5 V PC接 口 丫 I MCB 3 2 MC B 6 B 4 MCB I 1 广一 l I MCB2 2 MCB6 A 2 MCB7 I n ‘ 。 图2 P L C输入 I 2 ． 0电气连接图 根据 电器原 理 图 ，P L C输入 I 2 ． 0的接 法 如 图 2 所示 ，是 6个热继电器 的常 闭触点串联之后接入 P L C 输入端子的 。在 出现报 警 时，P L C输 入 I 2 ． 0的状态 确实变为 “ 0 ” ，这 时在线测 量热 继 电器 常闭触 点接 线端子上的电压，2 M C B 6 B上的 1 1 0 7号接线端子上 有电压，而 2 M C B 7上的 1 1 0 7号接线端子却没有电 压，检 查 端子 间的 连线 时 发现 ，1 1 0 7号 导线 在 收稿 日期 2 0 0 9 0 11 2 作者简介姚玲峰 1 9 7 9 一 ，男，讲师，工学硕士，主要从事机电液一体化技术的教学与研究工作。电话 1 3 9 8 2 1 7 2 3 9 6 ， E ma i l l a r r y 一1 1 63 ． c o r n。 第 2期 姚 玲峰 等 基 于 P L C的西 门子 8 1 0系统数控机床故障诊断与排除 ‘1 0 9 2 M C B 6 B的接线 端子上 虚接 。 故障处理 紧固2 MC B 6 B的接线端子后 ，这个故 障不再发生。 2 使用机外编程器诊断机床侧故障 对于 8 1 0系统的数控机床 ，有些故障没有报警信 息，只是某些动作不执行。对于这类故障，需要根据 数控系统的工作原理和 P L C的梯形 图来诊断故 障。 西门子数控系统没有梯形图显示功能，所以在分析这 类故障时需要使用机外编程器对梯形图的运 行情况进 行跟踪，找出故障原因。 应用实例采用西门子 8 1 0系统的数控磨床加工工 件时 ， 有时机械手没能把磨削完的工件带出 ，而又送人 一 个工件，两个工件都挤到吸盘上，无法正常加工。 分析这台机床的工作原理，工件磨削完成后，机 械手插入环形工件并带着工件上滑至出料 口，机械手 退 出工件 ，磨削完的工件掉入 出料 口，而机械手继续 上滑至上料 口，完成上 料的工作 。 仔细观察故障的发生过程发现 ，工件磨削完成 后 ，机械手插入 环形工 件 ，之后又马上退 出工件 ，接 着机械手经过出料 口上 滑至上料 口，将机械手插入未 磨削 的工件 ，带 动工件下滑至 电磁吸盘与没有带出的 工件挤在一起。 其故障 比较 复杂 ，并且不经常发生 ，故用机外 编 程器在线监视 P L C程序 的运行 。 梯 形 图 在 线 跟 踪， 从I 竺 ； f sf ‘ 工件磨削完成 、机械手插 l ” ” 0 人工件又马上退 出这一 现 图3 机械手退出工 象人手 ，根据机床 电气 原 件控制梯形图 理 ，P L C输出 Q 2 ． 1控制 气缸 使 机械 手从 工 件退 出。 这部分的 P L C梯形图如图 3所示 。 用编程器在线观察梯形图的运行 ，发现机械手插 入 时 ，由于 Q 2 ． 2变 为通 电状 态 Q 2 ． 2控 制 机械 手 插入 电磁 阀 ，其常 闭触 点断 开 ，使 Q 2 ． 1处 于 断 电 状态 。而插人工件后 ，Q 2 ． 2马上断 电 ，Q 2 ． 2的常闭 触点恢 复 闭 合 ，从 而 使 Q 2 ． 1有 电 ，控 制 机 械 手 退 出。根据电气原 理图 ，P L C的输 出 Q 2 ． 2控 制气缸使 机械手进入工件 。为 了确定 Q 2 ． 2断 电的原 因，继续 观察有关 Q 2 ． 2的梯形 图 ，如 图 4 所 示。 ．5 Q 2 2 I 卜 卜 _ 1 I 图 4 机械手插入工件控制梯形 图 在线跟踪 P L C程序运行，发现 Q 2 ． 2断电的直接 原因是标志位 F 4 0 ． 5的触点断开 ，F 4 0 ． 5是加工 程序 中的辅助功能指令 M 5 3的译码信号，M 5 3是机械手 插入指令 ，标志位 F 4 0 ． 5是 由数控 系统把加工程序 中 的M 5 3 指令译码后置位 I竺 ； _ J 的 ，复 位 则 由 P L C程 序 0 0 完成 ，F 4 0 ． 5复 位梯 形 图 图5 M 5 3 辅助指令 如图 5 所示 。 复位梯形图 机械手插入 时 Q 2 ． 2通 电 ，机 械手 到位后 ，到 位 信号 I 3 ． 6的状 态变 为 “ 1 ” ，这 时把 F 4 0 ． 5复位 ，应 该 是正常的。因此 Q 2 ． 2掉 电另有原 因 ，重 新分析 图 4 ，Q 2 ． 2通电后有一支路应 该可以实现 自锁 ，从在线 梯形图显示来看 ，由于标志位 F 1 4 0 ． 5有电，其常闭 触点 断开 ，不能使 Q 2 ． 2自锁 。 ⋯ 1 4 0 三 。 的 梯 形 图 如 图 6 所 示 ，继 l F I ．3 F 1 9 ．7 I 。。 0 续 在 线 观 察 这 部 分 梯 形 r _ 1 r _ r _ 一 图，发 现 P L C 的 标 志 位 图6 标志位 F 1 4 0 5 F 1 3 9 ． 1 、F 1 3 9 ． 5 和 输 入 的控制梯形图 B． 2的触点都闭合 ，使标志位 F 1 4 0 ． 5的 “ 线圈”有 电，所 以 3个 问题 只能 逐个 排 除。首先 检查 P L C输 入 I 3 ． 2的状 态是 否正 常 ，根 据 电气 原理 图，如 图 7 所示 ，P L C输入 I 3 ． 2连接 的无触点 开关 3 P X 2 ，该开 关检测机械手是否到达出料 口的信号 ，在机械手到达 出料 口时，它的状 态应该 变 为 “ 1 ” ，在 其他 位置 它 的状态都应该是 “ 0 ” 。出故障时，机械手在磨 削位 置 ，其 状 态 应 该 是 “ 0 ” ，但它的状态却为 “ 1 ” 。在 机械 手还 没有 上 滑至出料 口时它 的状 态 就 已 经 为 “ 1 ” ，说 。 明这个开关损坏 。 图7 P L C 输入 I 3 ． 2的连接图 故障处理 更换新的无触点开关，机床故障被排 除。 3结语 由以上 分析 可 知 ，通 过对 可编 程 序 控制 器 P L C 的检查 ，利用 P L C的状态信 息 和在线 动态 跟踪 P L C 梯形图 ，可以很方便 地判 断并解决西 门子 8 1 0系统数 控机床故障。 参考文献 【 1 】孙汉卿． 数控机床维修技术[ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 0 ． 【 2 】牛志斌． 图解数控机床 一西 门子典型系统维修技巧 [ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 5 ． 【 3 】李大庆． 基于 P L C的数控机床故障诊断[ J ] ． 煤矿机械， 2 0 0 7 ， 2 8 1 1 1 9 31 9 4 ． 【 4 】李铁军， 张淑敏． P L C在数控机床电气控制方面的应用 [ J ] ． 机械工程师 ， 2 0 0 5 9 2 3 2 5 ．