1.引言
數控機床是典型的機電一體化系統。PLC工程現場界面涉及光、機、電、氣、液等複雜的輸入輸出信令，加之PLC對於信號的邏輯處理具有的抽象運算特徵，使得工業現場故障處理工作通常是相當的複雜困難，PLC機電系統現場故障往往使得缺少工程經驗的設備管理者們束手無策，較長時間的故障處理處理可以大幅度降低產能，嚴重影響生產。本文以就事論事的方式平鋪直敘具體的機電工程現場故障處理案例，保留住故障處理經驗中最珍貴的分析判斷過程。
2 數控機床故障診斷案例
2.1 甄別PLC內外部故障實例
配備820數控系統的某加工中心，產生7035號報警，查閱報警信息為工作台分度盤不回落。在SINUMERIK 810／820S數控系統中，7字頭報警為PLC操作信息或機床廠設定的報警，指示CNC系統外的機床側狀態不正常。處理方法是，針對故障的信息，調出PLC輸入/輸出狀態與拷貝清單對照。
工作台分度盤的回落是由工作台下面的接近開關SQ25、SQ28來檢測的，其中SQ28檢測工作台分度盤旋轉到位，對應PLC輸入介面110.6，SQ25檢測工作台分度盤迴落到位，對應PLC輸入介面110.0。工作台分度盤的回落是由輸出介面Q4.7通過繼電器KA32驅動電磁閥YV06動作來完成。
從PLC STATUS中觀察，110.6為「1」，表明工作台分度盤旋轉到位，I10.0為「0」,表明工作台分度盤未回落，再觀察Q4.7為「0」，KA32繼電器不得電，YV06電磁閥不動作，因而工作台分度盤不回落產生報警。
處理方法：手動YV06電磁閥，觀察工作台分度盤是否回落，以區別故障在輸出迴路還是在PLC內部。
2.2 診斷接近開關故障實例
某立式加工中心自動換刀故障。
故障現象：換刀臂平移到位時，無拔刀動作。
ATC動作的起始狀態是：（1）主軸保持要交換的舊刀具。（2）換刀臂在B位置。（3）換刀臂在上部位置。（4）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180°（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（找下把刀具）。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，使松刀電磁閥YV2未激磁，主軸仍處抓刀狀態，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YV1狀態不變，換刀臂不下降。
（3）電磁閥有故障，給予信號也不能動作。
逐步檢查，發現SQ4未發信號，進一步對SQ4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。
2.3 診斷壓力開關故障實例
配備FANUC 0T系統的某數控車床。
故障現象：當腳踏尾座開關使套筒頂尖頂緊工件時，系統產生報緊。
在系統診斷狀態下，調出PLC輸入信號，發現腳踏向前開關輸入X04.2為「1」，尾座套筒轉換開關輸入X17.3為「l」，潤滑油供給正常使液位開關輸入X17.6為「1?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YV4.1也得電，這說明系統PLC輸入/輸出狀態均正常，分析尾座套筒液壓系統。
當電磁閥YV4.1通電后，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。鬆開腳踏開關后，電磁換向閥處於中間位置，油路停止供油，由於單向閥的作用，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「l」。但檢查系統PLC輸入信號X00.2則為「0」，說明壓力繼電器有問題，其觸點開關損壞。
故障原因：因壓力繼電器SP4.1觸點開關損壞，油壓信號無法接通，從而造成PLC輸入信號為「0」，故系統認為尾座套筒未頂緊而產生報警。
解決方法：更換新的壓力繼電器，調整觸點壓力，使其在向前腳踏開關動作後接通並保持到壓力取消，故障排除。
2.4 診斷中間繼電器故障實例
某數控機床出現防護門關不上，自動加工不能進行的故障，而且無故障顯示。該防護門是由氣缸來完成開關的，關閉防護門是由PLC輸出Q2.0控制電磁閥YV2.0來實現。檢查Q2.0的狀態，其狀態為「1」，但電磁閥YV2.0卻沒有得電，由於PLC輸出Q2.0是通過中間繼電器KA2.0來控制電磁閥YV2.0的，檢查發現，中間繼電器損壞引起故障，更換繼電器，故障被排除。
另外一種簡單實用的方法，就是將數控機床的輸入/輸出狀態列表，通過比較通常狀態和故障狀態，就能迅速診斷出故障的部位。
2.5 根據梯形圖邏輯診斷DI點故障實例
配備SINUMERIK 810數控系統的加工中心，出現分度工作台不分度的故障且無故障報警。根據工作原理，分度時首先將分度的齒條與齒輪嚙合，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梯形圖如下圖所示。
通過數控系統的DIAGNOSIS能中的「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也為「0」，根據梯形圖，查看STATUS PLC中的輸入信號，發現I10.2為「0」，從而導致F105.2為「0」。I9.3、I9.4、I10.2和I10.3為四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，這四個接近開關都應有信號，即I9.3、I9.4、I10.2和I10.3應閉合，現I10.2未閉合，處理方法：（1）檢查機械傳動部分。（2）檢查接近開關是否損壞。
2.6 根據梯形圖邏輯診斷DO點故障實例
配備SINUMERIK 810數控系統的雙工位、雙主軸數控機床。
故障現象：機床在AUTOMATIC方式下運行，工件在一工位加工完，一工位主軸還沒有退到位且旋轉工作台正要旋轉時，二工位主軸停轉，自動循環中斷，並出現報警且報警內容表示二工位主軸速度不正常。
兩個主軸分別由B1、B2兩個感測器來檢測轉速，通過對主軸傳動系統的檢查，沒發現問題。用機外編程器觀察梯形圖的狀態。
F112.0為二工位主軸起動標誌位，F111.7為二工位主軸起動條件，Q32.0為二工位主軸起動輸出，I21.1為二工位主軸刀具卡緊檢測輸入，F115.1為二工位刀具卡緊標誌位。
在編程器上觀察梯形圖的狀態，出現故障時，F112.0和Q32.0狀態都為「0」，因此主軸停轉，而F112.0為「0」是由於Bl、B2檢測主軸速度不正常所致。動態觀察Q32.0的變化，發現故障沒有出現時，F112.0和F111.7都閉合，而當出現故障時，F111.7瞬間斷開，之後又馬上閉合，Q32.0隨F111.7瞬間斷開其狀態變為「0」，在Flll.7閉合的同時，F112.0的狀態也變成了「0」，這樣Q32.0的狀態保持為「0」，主軸停轉。Bl、B2由於Q32.0隨F111.7瞬間斷開測得速度不正常而使F112.0狀態變為「0」。主軸起動的條件F111.7受多方面因素的制約，從梯形圖上觀察，發現F111.6的瞬間變「0」引起Flll.7的變化，向下檢查梯形圖PB8.3，發現刀具卡緊標誌F115.1瞬間變「0」，促使Flll.6發生變化，繼續跟蹤梯形圖PB13.7，觀察發現，在出故障時，I21.1瞬間斷開，使F115.1瞬間變「0」，最後使主軸停轉。I21.1是刀具液壓卡緊壓力檢測開關信號，它的斷開指示刀具卡緊力不夠。由此診斷故障的根本原因是刀具液壓卡緊力波動，調整液壓使之正常，故障排除。
3 結束語
通過典型實例與故障現象對數控系統、立式加工中心自動換刀故障、配備FANUC 0T系統的某數控車床、配備SINUMERIK 810數控系統的雙工位、雙主軸數控機床等運行中存在的問題加以分析，並作出相應的故障排除方法。
