数控机床PLC输入输出故障分析
摘要：主要对数控机床使用过程中出现的plc输入输出故障进行分析，指出使用数控机床的输入输出监视能够较快速地辨别故障点，在输入输出点发生故障时，需要改变输入输出点的参数设置及其外部接线。
引言
在数控机床中，系统除了对各坐标轴进行连续控制外，还需要对如主轴正转和反转、起动和停止、刀库及换刀机械手控制、工件夹紧松开、气液压、冷却和润滑等辅助动作进行控制。这些控制的信息主要是输入输出控制，如控制开关、形成开关、压力开关盒温度开关等输入元件，继电器、接触器和电磁阀等输出元件，进给伺服驱动的使能信号和机床报警信号处理等。现代数控机床一般采用可编程序控制器plc来完成上述动作。本文主要从华中数控世纪星（hnc-21）综合实训台的使用中遇到的plc输入输出故障入手，分析如何排除plc输入输出故障。
1plc输出点故障排除
在机床面板上按正转时正转按钮时主轴能转动，按反转按钮时，主轴仍然是正转。主轴在本班之前还能正常动作，由于本台机床是学校里面的实训设备，在实训期间学生可能改动变频器的一些参数，因此，首先查看主轴变频器的参数是否被改动，然后把变频器调为pop面板控制，使用pop控制能够正常开停主轴电机，说明不是变频器出现问题了。因此从线路上去排查，世纪星主轴正反转控制的电路简图，如图1所示。分析图1的线路和世纪星主轴变频器的控制端子接线，因为主轴能正转，说明ka3是能得电的，但是，由于在控制面板上不论是按正转按钮还是反转按钮主轴都是正转，说明反转不起作用。如图1所示，由于ka3和ka4是互锁的，如果继电器ka3一直得电，那么ka4就不能得电。如果ka3要得电，那么plc的输出点10就必需接通才可以，因此怀疑10有故障。
因此着手检查10输出点，先停止主轴转动，使用万用表的直流电压档测量输出点y10和＋24v的电压，测得约24v的电压，说明10输出点有输出，同时调出机床的输入输出监视界面（如图2所示）。
但监视状态显示此时的y10并没有输出，也就是程序里面并没有发出y10接通的指令，按下机床的急停按钮，测量y10和＋24v的电压，这时仍能测得约24v的电压，因此，可以判定y10输出点出现故障。
下一步就是排除故障了，由于y10输出点已经损坏，因此需要更换一个输出点进行主轴的正转控制，根据plc的操作方法，如果要更改输出点，需要进行如下两个方面的操作：在程序中把y10这个输出点更改为其它输出点；②把y10输出点处的接线改接别的备用输出点上。
查看机床plc的i/o分配表，有几个输出点是备用，为了改接线方便，选了y12这个备用点来用。
进入机床的操作界面，依次进行如下几步操作：
①扩展菜单f10；②plcf1；③编辑plcf2；④输入口令；⑤选择车床系统f2；⑥使用pguppgdown进行翻页，找到定义主轴正反转页面为止；⑦找出定义界面后（如图3），按enter把输出位0变成编辑状态，把原来的输出位由0改成2，改好后再按enter确定，原输出组的定义不变，按esc退出并保存。
把输出点定义的组位修改完成后，把y10输出点的接线更换到y12输出点上。进行主轴正反转操作，主轴正反转正常，故障排除。
2plc输入点故障排除
在操作世纪星换刀时候，曾出现过如下两种故障：
1）在机床控制面板上选择换刀，选择1号刀，启动换刀，但是刀架一直旋转直到换刀超时，但是如果是换其它号刀却能正常换刀；
2）不论选择哪一号刀，能启动换刀，但是刀架一直都旋转，直到提示换刀超时。
在排除故障前，首先要熟悉刀架的换刀的动作过程。
选择好刀号换刀时，plc里面会对比现在的刀是不是所要刀号的刀，如果是的话，就不响应。如果不是的话，plc控制刀架电机正转，松开刀架锁紧机构，刀架转动，当所选刀到位了，plc接收到这个到位信号之后控制刀架电机反转锁紧刀具，此时换刀过程结束。
在*种故障现象中，其他刀能够正常换刀，只有一把刀换刀不成功，那么可以判断刀架电机还有其相应的机械结构是没故障的，所以初步判断问题出在plc不能接收到刀位信号。
在i/o分配表上查得有故障的刀位对应的plc输入点为x12，调出plc的输入输出监视界面，选择1号刀，启动换刀，观察监视界面x12输入点是否有变化，在刀架旋转一周后发现监视界面的x12信号也没有发生过变化，x12输入点没有接收到信号，那需要查清两个地方：①是不是这个输入点有问题，导致信号不能进入plc；②是否是刀架传感器坏了。
先检查plc的输入是否能接收到信号，因此按照plc的使用方法，手动接通x12这个输入点，按照plc的工作原理，此时的输入点应当有信号输入，但是从输入输出的监视界面看，此输入点仍然没有信号进入，尝试手动接通其他输入点，都能够成功输入信号，因此，判断x12这个输入点是有故障的。到了这一步，我们还不能排除刀架传感器是否有故障，但是，先用改线的方法看看。
根据plc的i/o分配表，x0.5这个输入点是备用，因此把x12的先改接到x0.5上，然后选择刀号换刀，发现这时能有信号进入到plc中，因此，可以认为刀架传感器并*。
进入plc的编辑界面，把x12变为备用点的编号，这时组号变为0，位变为5（如图4所示），更改好之后退出并保存，尝试换刀，换刀正常，故障解决。
在第二种故障中，不论选择哪一号刀，能启动换刀，但是刀架一直都在旋转，直到提示换刀超时。能启动换刀，能够带动刀架转动，说明刀架电机正转是没有问题的，由刀架换刀原理可知，刀架正转带动刀架转动后，所需刀到位后刀架电机需要发转带动刀架锁紧，由于刀架是一直在转动，直到超时，那么可以认为刀架电机是没有反转的。由于刀架电机反转的前提是所选刀具已经到位，并且刀位传感器把信号给了plc，plc控制刀架电机的反转锁紧刀架。
先从输入输出监视界面着手排查，进入plc输入输出监控界面，选择换刀，从监控界面可以看出控制刀架电机正转的输出点一直有输出，但是控制刀架电机反转的输出点一直没有输出。由于控制刀架电机反转的输出点是需要plc确认所选刀具刀位后才能输出信号，因此，怀疑刀位输入信号出现问题。根据plc的i/o分配表，x12，x13，x14，x15是作为刀位信号输入点的，但是从plc的输入输出界面中，发现其中两个输入点一直有输入，应当是这两个到位信号干扰导致故障，把这两个常亮的输入信号线拆掉，这时监视界面已经不再显示那两个输入点有输入，因此初步认为是刀位传感器有故障，这时先对剩余两把刀进行换刀操作，剩余两把刀能够正常换刀。说明刀架电机及换刀机构也是*的，这时拆开刀架发讯盘，用表检测两个有换刀故障刀位对应的霍尔传感器，发现霍尔传感器输出一直都接通，更换传感器，操作换刀，此时机床换刀正常，故障排除。
3结语
在诊断数控机床plc输入输出故障中，需要充分使用机床的plc输入输出监视功能，通过监视界面我们可以看出输入输出正常与否，然后对不正常的输入输出点进行进一步的检查，如果并非plc的自身故障，则顺着输入或输出线路进行排查。
（来源：《硅谷》）
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