0 引言

　　中國是機械制造業大國，在機械制造業中對于一些產品的要求越來越高，如何提高產品的生產率？如何能夠適應多品種、小批量生產、零件形狀比較復雜、精度要求比較高的產品的制造？在此基礎上數控機床及擁有強大的數據采集能力、自動控制過程處理能力的可編程邏輯控制器PLC編程軟件應運而生。

1 對數控機床PLC的認識

　　1.1 數控機床PLC的功能

　　數控機床是一種集機、電、光、液壓、PLC等為一體自動化機床。在實際的操作中，數控機床可能會發生不同類型的故障，如何有效迅速地排除故障，將機床恢復正常顯得尤為重要。在數控機床上，PLC最為重要的功能就是不僅可以實現數控機床的順序控制和輔助功能控制，還具有檢測功能以及故障顯示功能。在實際運行過程中，利用PLC的檢測功能和現代數控系統顯示故障功能可以有效地對數控機床的故障進行診斷和判定，進而對故障進行快速定位和排除提供科學、準確的指導，并采取相應的措施加以解決。數控機床PLC大致可以分為兩類，一類是綜合PLC與CNC的混合裝置，在PLC內部，包括CNC裝置，二者之間的信號交流通過與CNC內部的I/O接口來完成，這種類型稱之為內裝型或集成型。另一類則是借助廠家生產的PLC產品對其數控機床的順序加以控制，進而獨立完成對CNC系統所需要的任務，這種類型的稱為獨立型或者是外裝型。

　　PLC在數控機床中的應用十分重要，它可以有效連接數控裝置與機床側，PLC通過接受CNC處理操作者所指定的程序命令，在經過譯碼等程序后，可以完成下一步的指令工作，對機床的運行加以合理有效的控制。此外，PLC還可以對機床側的邏輯信號進行回饋和反映。

　　1.2 數控機床PLC的組成及工作過程

　　一般而言，CPU、存儲器、輸入輸出及供電電源等是數控機床的重要組成部分，這些組成部分之間通過總線連接起來。在整個系統中，CPU占據著主導地位，其主要的作用是錄入用戶的用戶程序以及相關的數據，查詢各種信號狀態和數據，經過嚴格的檢測，確認沒有任何問題之后PLC才開始運行。PLC的工作方式是循環掃描，借助于硬件的支持，對執行反映控制要求的用戶加以反映，進而實現其功能。

2 數控機床PLC診斷故障的表現形式

　　2.1 透過數控系統顯示劃分的幾類情況

　　2.1.1 故障報警可直接找到故障原因

　　通過故障報警可以有效地將數控機床的故障加以合理、科學的定位，這就需要CNC具備一定的檢測能力，由于CNC與PLC之間具備較好的通信功能，這間接導致了系統軟件與硬件系統之間的復雜性，同時也增加了機床的造價成本。盡管目前機床的造價相對較高，但是，隨著中國科學技術以及社會經濟的飛速發展，數據系統功能勢必會得到極好的完善與發展，尤其是自診斷技術的發展，使得越來越多的數控機床增加了故障診斷的報警功能，無論是對于使用方還是維修人員來說，這無疑都是極為便利的。

　　2.1.2 CNC顯示有故障但無法反映故障的真正原因

　　對于一般的數控機床而言，其故障診斷并不是十分的完善，因此當故障出現的時候，CNC的報警信息只是大致的對故障部位加以定位和顯示，甚至有時候故障報警信號所提供的報警信息與報警部位沒有直接的關系，出現誤報就可能干擾維修人員的正常工作，這就需要維修人員立足于實際情況，借助于先前的成功經驗等進行綜合的判斷，只有這樣才可以找到故障的真正原因，解決實質問題。

　　2.1.3 出現故障沒有任何的報警信息顯示

　　在數控系統中當CNC沒有任何的報警信息顯示，這樣當故障發生時，就會使得維修人員無從下手，只能憑借數控機床所顯示的具體的故障現象等進行分析和判斷。當在日常維修活動中，牽扯到線路板維修等情況時，因為沒有技術圖紙進行輔助推斷，所以有時候不得不手繪圖紙作為參考，這也就對維修人員提出了更高的挑戰。比如經濟型數控機床的電動控制刀架，當自動換刀時出現了某些方面的故障，這就需要根據系統檢測功能的實際情況，以及CNC所顯示的具體情況加以綜合判斷和分析。當數控系統出現換刀指令時，刀架電動機旋轉執行相應的換刀指令，如果數控系統內部有相關的檢測軟件，其外圍也有相關的檢測軟件，這樣不僅可以對電動機的情況加以詳細的檢測，還可以對刀架到位以及應答信號加以合理、科學的檢測。當出現故障的時候，可以根據數控系統的報警信息，合理地對出現故障問題的具體部位加以了解。并借助CNC故障報警信息對故障方位加以定位。若數控系統只是檢測刀架的應答信號，當出現故障的時候，系統僅僅將電動刀架的問題顯示出來，無法具體定位故障的具體器件，就需要維修人員進行排查。

　　2.2 根據PLC輸入/輸出信號劃分的幾類情況

　　2.2.1 輸入信號故障

　　PLC重要的功能就是對順序加以控制，在沒有信號輸入的情況下，若沒有邏輯條件的支持，PLC則無法進行下一步操作。當出現故障時，一般情況下是一個條件無法滿足輸入信號，兩個條件同時無法滿足的情況較為少見。針對這種情況，我們根據梯形圖對輸入信號無效的情況具體分析其原因，最終更好地對故障加以解決。

　　2.2.2 輸出信號故障

　　數控機床的輸出信號故障主要是針對控制元件和執行元件的。一般來說，當一些機械性的零件被損壞時，比如一些接觸器的觸頭接觸不良以及傳動器件移動欠妥當等，倘若在執行機構中出現故障問題等，就無法有效保障下一個指令的正常進行，順序控制則也無法進行正常的工作。

3 診斷實例分析

　　3.1數控銑床系統出現“X軸超行程”報警信號

　　“X軸超行程”報警的主要現象是機床開機后則會出現X軸超限位報警，一般而言，通過對報警信息的綜合分析，按照相關指示對X軸進行檢查，卻并沒有發現X軸超行程的情況，而且X軸限位開關并沒有壓下，CNC系統中的PLC狀態具有顯示功能，利用該顯示功能，檢查X軸限位開關的PLC輸入X0。2的狀態為“1”，這就顯示開關觸點已經接通，而關鍵的故障在行程限位開關。

　　3.2 急停按鈕引起的故障

　　急停按鈕引起的故障是數控機床故障中較為常見的故障之一，FANUC0M系統在開機時總顯示出

　　“NOTREADY”字樣，伺服電源沒有辦法正常接通，FANUC0M系統開機出現的“NOTREADY”字樣的原因在于數控系統的緊急停止“*ESP”的信號被輸入，這種情況可以利用PLC狀態顯示功能對其進行檢測，當系統模塊的急停輸入信號“0”時，還要比對機床的電氣原理圖，對操縱臺上急停按鈕斷線進行檢查分析。對于這種急停按鈕引起的故障，一般采取的措施是進行重新連接，在按復位急停按鈕之后，再按Reset鍵，執行以上操作之后，機床則就會恢復正常。

　　3.3 電動刀架常見故障

　　機床采用4工位的電動刀架，當進行換刀命令"T0101"時，電動刀架轉動不停，找不到1號刀，但換取2，3，4號刀時卻正常。

　　分析：如圖1所示為刀架在1號刀時的梯形圖，從圖中可以很直觀地看出數字輸入點I7。0-I7。2的二進制值。在實驗中發現，當換2號刀時，由于電動刀架的霍爾元件采取常閉信號，霍爾元件斷開，I7。1變為0；當換3號刀時，I7。2變為0，在4號刀位時，也出現這種現象，但當用手動換刀強制換上1號刀時，發現I7。0仍然為I7。0，如圖2所示。綜合來看，可以得出這樣的結論：1號刀的刀位檢測信號不正常導致1號刀的換刀故障。刀位檢測信號不正常的原因主要有兩方面，一方面是霍爾元件損壞，另外一方面是其信號線斷線。

4 數控機床PLC故障診斷方法

　　對于常用的PLC的故障診斷方法主要有以下幾種，以下就這幾種診斷方法加以簡要的分析和論述。

　　4.1 根據報警號診斷故障

　　隨著科學技術的不斷進步和發展，中國現代數控系統一般自身帶有診斷功能，其具體的自身診斷功能主要體現在其故障信息可以在顯示器中將報警信息加以呈現，這就為維修人員提供了豐富詳盡的狀態信息，便于維修人員開展相關的維修工作，進而更好的對這些故障加以排除和解決。

　　4.2 根據控制對象的工作原理診斷故障

　　數控機床的PLC程序是依照控制對象的工作原理來進行設計和運行的，在對控制對象原理分析的基礎之上，深入了解其工作原理，綜合PLC的I/O來對故障進行有效的診斷和處理。

　　4.3 通過PLC梯形圖診斷故障

　　借助于PLC的梯形圖提供的信息，進行合理、科學的分析和診斷，這種解決方法是最基本也是最常見的方法。在通過PLC梯形圖診斷故障時首先要搞清數控機床的工作原理，然后掌握機床的運動順序和控制方式等，最后根據CNC系統中具備的自身診斷功能等相關的編程器，借助PLC梯形圖提供的相關信息，科學、合理地對故障源加以確定。

圖1 刀架在1號刀時的梯形圖

圖2 1號刀位的霍爾元件斷線時的梯形圖狀態

　　4.4 動態跟蹤梯形圖診斷故障

　　在一些相對比較特殊的情況下，比如數控機床的輸入與輸出信號都顯示正常，但其PLC顯示有故障時，我們就必須利用PLC的動態追蹤功能，對輸入和輸出信號進行及時的跟進和跟蹤，利用PLC動作原理做出進一步的推斷。

　　4.5 根據動作順序診斷故障

　　比如數控機床上的自動換刀裝置，其自動換刀動作的完成是遵循了一定的順序的，我們要有效把握這種順序規律，注重觀察其機械裝置的運動軌跡，對其運動過程加以了解，有助于在故障發生的時候，綜合比較正常情況以及故障出現的情況，及時發現疑點，從而進行分析和解決故障。

　　4.6 根據數控機床中PLC的I/O狀態診斷

　　在數控機床中，需借助PLC的I/O接口來實現輸入和輸出信號的傳遞，因此，對于一般的數控系統故障，大可不必對梯形圖和相關的電路圖進行查看和分析，只需要借助PLC的I/O接口狀態的查詢結果，就可以合理分析出其故障的原因，為維修人員提供了諸多的方便。

　　針對以上幾種數控機床PLC故障診斷方法，筆者就PLC故障診斷的要點加以分析。第一，PLC故障診斷的一個重要內容就是要對數控機床各部分檢測開關的安裝位置進行深入的了解，比如加強對加工中心的機械手的了解，提高對數控車床的旋轉刀架和尾架以及回轉工作臺的認知，詳細檢測作為PLC輸入信號標志的開關等。第二，對于各種條件標志更是需要充分把握和了解，比如一些較為常見的夾緊、放松、啟動、停止等標志信號，要充分發揮編程器的重要作用，及時跟進梯形圖的動態變化，合理分析其故障出現的原因，立足于實際情況，做出合理的判斷。第三，PLC故障診斷最后一個要點就是需要對執行結構的動作順序等進行深入的認知，比如最基本的液壓缸、氣壓缸的電磁換向閥等，對于這些較為常見的執行機構，要把握其對應的PLC輸出信號標志。

5 結束語

　　數控機床故障診斷中PLC的應用無疑具有十分重要的意義，有效利用數控系統的PLC狀態顯示功能或PLC梯形圖的動態顯示功能進行故障診斷與排除是非常方便和有效的。不同的診斷方法適用于不同的故障，常常需要綜合各類方法，才可以全面、合理、有效地對故障進行檢測和斷定，正確判斷故障的起因，準確定位故障的所在部位，進而采用合理的方法進行解決。