数控机床电气与可编程控制器故障诊断与维护

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1、第6章 数控机床电气与可编程控制器的故障诊断与维护,2019/11/12,1,2019/11/12,2,第6章 机床电气与可编程控制器的故障诊断与维护,6.1 机床可编程控制器简介 6.2 FANUC PMC 6.3 SIEMENS 802D可编程控制器简介 6.4数控机床可编程控制器的故障诊断 6.5机床电气维护及故障诊断,报警不能解除的故障： 紧急停止不能解除是一个常见的故障，当故障发生时显示器下方显示“紧急停止”或“EMERGENCY STOP”，机床操作面板方式开关不能切换，MCC 不吸合伺服及主轴放大器不能工作，系统并不发出具体的报警号，根据机床厂PMC 报警编辑不同，有时会出现10

2、00#以后的PMC 报警。从PMC角度分析紧急停止处理的工作过程。 查看梯形图（参见下图），发现在G8.4 之前串接了许多输入信号，其中X8.4（*ESP）状态良好，但是X2.6 断开、R18.7 激活由闭触点变为开触点，所以G8.4断开，变为低电平，*ESP 触发，CNC 紧急停止。 参照机床说明书，了解到X2.6 是侧头信号，R18.7 是侧头保护中间继电器信号，进一步检查侧头装置，发现侧头装置报警，导致X2.6 和R18.7 无法正常工作，修复侧头放大器后，问题解决，CNC 紧急停止信号释放。,引例,数控机床用PLC可分为两类。一类是专为实现数控机床顺序控制而设计制造的“内装型”（Bui

3、lt-in Type）PLC。另一类是输入输出信号接口技术规范、输入输出点数、程序存储容量以及运算和控制功能等均能满足数控机床控制要求的“独立型”（Stand-alone Type）PLC。,6.1 机床可编程控制器简介,2019/11/12,5,6.1.1数控机床用PLC,1.“内装型”PLC “内装型”PLC（或称“内含型”PLC、“集成式”PLC）从属于CNC装置，PLC与NC间的信号传送在CNC装置内部即可实现。PLC与MT间则通过CNC输入输出接口电路实现信号传送（如图6-1所示）。 2.“独立型”PLC “独立型”PLC又称“通用型”PLC。独立型PLC是独立于CNC装置，具有完备

4、的硬件和软件功能，能够独立完成规定控制任务的装置。采用独立型PLC的数控机床系统框图如图6-2所示：,2019/11/12,6,6.1.2 PLC的工作过程 用户程序通过编程器顺序输入到用户存储器，CPU对用户程序循环扫描并顺序执行，这是PLC的基本工作过程。 对用户程序的循环扫描执行过程，可分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段，如图6-3所示。 1. 输入采样阶段 2. 程序执行阶段 3. 输出刷新阶段,2019/11/12,7,PMC与PLC非常相似，因为专用于机床，所以称为可编程序机床控制器。与传统的继电器控制电路相比较，PMC的优点有：时间响应快，控制精度高，可靠性好，控制程序可随

5、应用场合的不同而改变，与计算机的接口及维修方便。另外，由于PMC使用软件来实现控制，可以进行在线修改，所以有很大的灵活性，具备广泛的工业通用性。 数控机床作为自动化控制设备，是在自动控制下进行工作的，数控机床所受控制可分为两类：,6.2 FANUC PMC,2019/11/12,8,6.2.1 PMC 简介,一类是最终实现对各坐标轴运动进行的“数字控制”。另一类为“顺序控制”。 常把数控机床分为“NC侧”和“MT侧”（即机床侧）两大部分。 “NC侧”包括CNC系统的硬件和软件，与CNC系统连接的外围设备（如显示器、MDI面板等）。“MT侧”则包括机床机械部分及其液压、气压、冷却、润滑、排屑等辅

6、助装置、机床操作面板、继电器线路、机床强电线路等。PMC处于NC与MT之间，对NC和MT的输入、输出信号进行处理。MT侧顺序控制的最终对象随数控机床的类型、结构、辅助装置等的不同而有很大的差别。机床结构越复杂，辅助装置越多，最终受控对象也越多。FANUC数控系统各信号信息交换如图6-4所示。,2019/11/12,9,6.2.2 PMC的程序执行顺序 1. 顺序程序的概念 所谓的顺序程序是指对机床及相关设备进行逻辑控制的程序。 在将程序转换成某种格式（机器语言）后，CPU即对其进行译码和运算处理，并将结果存储在RAM和ROM中。CPU高速读出存储在存储器中的每条指令，通过算数运算来执行程序。如

7、6-5图所示： 2 .顺序程序和继电器电路的区别 图6-6所示：继电器回路（A）和（B）的动作相同。接通A（按钮开关）后线圈B和C中有电流通过，C接通后B断开。 PMC程序 A中，和继电器回路一样，A通后B、C接通，经过一个扫描周期后B关断。但在B中，A（按钮开关）接通后C接通，但B并不接通。所以通过图例我们可以明白PMC顺序扫描顺序执行的原理。,2019/11/12,10,3PMC的程序结构 对于FANUC的PMC来说，其程序结构如下： 第一级程序第二级程序第三级程序（视PMC的种类不同而定）子程序结束。 在PMC执行扫描过程中第一级程序每8ms 执行一次，而第二级程序在向CNC的调试RAM

8、中传送时，第二级程序根据程序的长短被自动分割成n等分，每8ms中扫描完第一级程序后，再依次扫描第二级程序，所以整个PMC的执行周期是n*8ms。 具体如图6-7所示。 输入输出信号的处理见图6-8所示：,2019/11/12,11,6.2.3 I/O LINK 1概论 对于PMC在数控机床上的应用来说信号地址可以分成两大类，内部地址（G、F）和外部地址（X、Y）。PMC采集机床侧的外部输入信号（如：机床操作面板、机床外围开关信号等）和NC内部信号（M、S、T代码，轴的运行状态等）经过相应的梯形图的逻辑控制，产生控制NC运行的内部输出信号（如：操作模式、速度、启动停止等）和控制机床辅助动作外部输

9、出信号（如：液气压、转台、刀库等中间继电器）。如图6-9所示：,2019/11/12,12,2I/O模块 在FANUC系统中I/O单元的种类很多，下面将比较常用的模块介绍一下。 表6-1 FANUC I/O模块比较列表 。 3I/O模块的连接 （1）信号的连接 如图6-106-13所示。 （2）I/O LINK的设定（地址分配）：如图6-15例，在6-14图中系统连接了3块I/O模块，第一块为机床操作面板，第二块为分线盘I/O模块，第三块为I/O unit-A模块。其物理连接顺序决定了其组号的定义即依次为第0组、第1组、第2组。其次再决定每一组所控制的输入输出的起始地址，如6-16图所示。 确

10、定好以上的条件后我们就可以开始进行实际的设定操作了。,2019/11/12,13,6.2.4 PMC 指令系统 在FANUC PMC中有两种指令：基本指令和功能指令。当设计顺序程序时，使用最多的是基本指令，基本指令共12条。功能指令便于机床特殊运行控制的编程，在FANUC系列的PLC中，规格型号不同时，只是功能指令的数目有所不同。本节FANUC-0i系统的PMC-SA1/SA3/SB7为例，介绍FANUC系统常用PMC功能指令的功能及指令格式, FANUC 0i mate C 系统PMC型号为SA1。 1PMC基本指令 基本指令只是对二进制位进行与、或、非的逻辑操作，基本指令如表6-3所列。

11、2功能指令,2019/11/12,14,SIEMENS 802D 数控系统采用内嵌型PLC，其PLC为S7-200。 用户使用的S7-200 PLC中的每一个I/O、内部存储单元、定时器和计数器等都被称为软元件。各个元件有其不同的功能，有固定的地址。编程时，用户只需要记住软元件的地址即可。每个软元件有一个地址与之对应，软元件的地址编排采用区域号加区域内编号的方式。即PLC内部根据软元件的功能不同，分成了很多区域，如I/O继电器区、定时器区、计数器区、特殊继电器区等，分别用I、Q、T、C、SM等来表示。,6.3 SIEMENS 802D可编程控制器简介,2019/11/12,15,1输入继电器（

12、I） 2输出继电器（Q） 3通用辅助继电器（M） 4 特殊继电器（SM）： 表6-4 特殊标志（SM）位定义 5定时器（T） 6计数器（C） 7变量存储器（V） 8局部变量存储器（L） 9累加器（AC）,2019/11/12,16,6.3.1 S7-200软元件类型及功能,1数据类型及范围： 不同长度的整数所表示的数值范如表6-5所示 。 2常数： 几种常数形式分别如表6-6所示。,2019/11/12,17,6.3.2S7-200 中的数据类型,1编址方式 （1）位编址： （2）字节编址 （3）字编址： （4）双字编址： 2寻址方式 （1）直接寻址： （2）间接寻址：,2019/11/12,

13、18,6.3.3 S7-200的编址与寻址方式,1指令系统 S7-200 系列PLC主机中有两类基本指令集：SIMATIC指令集和IEC 1131-3指令集，程序员可以任选一种。提供了许多类型的指令以完成广泛的自动化任务。 SIMATIC指令集：是为S7-200系列PLC设计的，本指令通常执行时间短，而且可以用LAD、STL和FBD三种编程语言。 IEC 1131-3指令集是不同PLC厂家的指令标准，它不能使用STL编程语言。 关于PLC指令系统的详细介绍，请参阅相关文献，本书不做介绍。,2019/11/12,19,6.3.4S7-200指令系统和程序结构,2PLC的程序结构 S7-200 C

14、PU的控制程序由主程序，子程序和中断程序组成； 主程序：(OB1)每个项目只有一个主程序，在主程序中可以调用子程序和中断程序； 子程序：（SBR）可选的指令的集合，仅在被其他程序调用时执行。 中断程序：中断程序不是被主程序调用，他们在中断事件发生时由操作系统调用；,2019/11/12,20,1S7-200 可编程控制器的编程软件 Programming Tool PLC 802 Version 3.1软件是基于STEP7 Micro/WIN32基础上开发的，编程软件为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境，如图6-35所示。,2019/11/12,21,6.3.5 SIEME

15、NS 802D可编程控制器的编程软件,数控机床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诊断的方法。 PMC的故障多出现在点的输入输出是否正常，动作是否正常执行。要对其进行有效的诊断就要借助PMC提供的各项功能对PMC进行诊断。PMC的诊断分动态和静态两种。在诊断时一定先确定PMC为运行状态。 本节以FANUC 0i mate c系统为例进行说明。,6.4数控机床可编程控制器的故障诊断,2019/11/12,22,1静态诊断 静态诊断就是查看梯形图I/O模块的链接状况和查看PMC各个信号的ON/OFF状态。 （1）查看PMC I/O LINK查看PMC模块链接是否正常。 （2）在系统

16、PMC运行情况下检查各个点的ON/OFF状态是否正常。 2动态的进行诊断 LADDER运行，动作若不能正常执行，并带有误操作。 （1）通过梯形图进行直接诊断，查看相关点的接通、关断（ON/OFF）状态。 （2）利用TRACE进行点的状态跟踪,2019/11/12,23,6.4.1 PMC 故障诊断,在实际工作中，了解和熟悉 FANUC 系统丰富的操作功能，对外围故障的判断和排除有着事半功倍的作用。 在这里，举例谈一下使用 FANUC 系统内嵌的强大、易用的 PMC 功能对外围故障的快速判断和排除。 1功能1 操作方法：按功能键 SYSTEM 切换屏幕按PMC软键 , 再按相应的软键 , 便可分别进入PMCLAD梯形图程序显示功能、PMCDGNPMC的 I/0 信号及内部继电器显示功能 、|PMCPRMPMC 参数和显示功能。,2019/11/12,24,6.4.2 PMC在数控系统故障诊断中的应用举例,2功能2 在FANUC系统的梯形图编程语言中，F 是来自 NC 侧的输入信号 (NC