在線診斷在數控機床故障維修中的應用

楊建芳

(許昌煙草機械有限責任公司，河南許昌461000)

西門子SINUMERIK 840D/810D數控機床控制系統在操作面板沒有內置STEP 7軟件時無法查看PLC程序，造成有些復雜故障維修無法進行。現結合在維修中遇到的實例介紹利用STEP 7軟件，通過PC A-dapter連接SINUMERIK 840D/810D數控系統NCU單元，實現SINUMERIK 840D/810D系統數控機床故障的在線診斷，為數控機床的故障維修提供技術支持。

1 在線診斷的意義

針對SINUMERIK 840D/810D控制系統機床，一般性用戶報警可以通過系統報警信息和機床電氣原理圖實現故障的快速診斷。對于報警信息不明確機床故障，僅靠系統報警信息和機床電氣原理圖已經無法進行故障診斷，這時通過在線診斷技術，利用機床電氣原理圖與PLC程序相結合的方法追蹤故障信號相應的PLC數據位可以快速定位故障點，減少設備故障停機時間。

2 在線診斷的適用范圍

機床制造商所編寫的故障報警信息過于簡單，多個信息接點公用一個報警信息。這種情況下報警信息只是說明一個模塊或者一個回路故障，不能準確指向故障點。比如控制系統中的刀具交換錯誤報警。在這樣報警中報警信息所指示出的信息量有限，不能明確指示出故障點，這時我們就可以通過在線診斷達到確診和最終排除故障的目的。

故障報警過多，相互關聯。一次出現多個報警，其中相互關聯，有一個報警屬于主報警，因為它的出現衍生出其它子報警。如果從報警序列中不能判斷出哪個報警是主要報警，這時就可以通過在線診斷來查找各故障信號相應的PLC數據位，從邏輯關系中分析出主報警，最終達到快速診斷排除故障的目的。

3 SINUMERIK 840D/810D數控系統在線診斷綜述

計算機與SINUMERIK 810D/840D系統連接，一共分為三部分，如圖1所示。安裝有STEP 7軟件的筆記本電腦，連接電纜，PC適配器。下面就此三項做簡單說明。

(1)安裝有STEP 7軟件的筆記本電腦

首先安裝STEP 7軟件，該軟件在西門子網站有提供下載，有14天的免費試用期。針對 SINUMERIK 840D/810D數控系統在安裝STEP 7軟件之后需要安裝SINUMERIK 810D/840D TOOLBOX工具軟件，才能進行系統在線診斷。如果適配器用的是USB接口，則還需要安裝PC適配器的USB驅動。

(2)連接電纜如圖1所示，電纜分為K1和K2兩部分，其中K1可以直接購買，信號及接口連接如圖2。

K2電纜:因為840D的MPI口不能直接提供給PC適配器工作所需要的24 V電源，適配器無法工作，所以一般的RS232接口電纜無法保證適配器正常工作。當然，我們可以用其它的方式建立通信，比如說在計算機的擴展槽中插入一塊西門子公司的CP5611接口板，但這需要額外的投資。所以經濟的方法還是利用PC適配器，只不過少許改造一下即可。在這里我們有兩種方法。

第一，自己制作可以外接電源的K2電纜。接口的連接方式如圖3。其中2、7針的24 V電源可以從機床獲得。

第二，采用專用電纜(UL 電纜，AWM 2464，0.3 mm帶9針 Sub D接頭)來連接NCU單元，連接器X121需要一個24 V的外部電源。可以連接電源線來實現。要使用4線電纜和37針D-SUB插座。圖4說明了連接器X121的電源接線，兩根24 V連線和兩根地線在電源側跳線。這樣適配器的MPI/DP接口就連接到了控制器的X121連接器。

在這里，對于數控設備維修管理人員筆者建議使用第一種制作電纜的方式。因為第一，這種方式沒有對機床進行改動;第二，車間數控設備眾多，這樣可以一次制作，就可以在每一臺SINUMERIK 840D/810D數控系統機床上使用。

(3)PC Adapter

西門子適配器，可以直接從西門子公司購得。

4 實例說明SINUMERIK 840D/810D數控系統在線診斷步驟

我公司購買DMG 60H臥式加工中心，控制系統為西門子SINUMERIK 840D數控系統。在刀具準備過程中發生511105報警，報警信息為:TOOL CHANGE LIMIT SWITCH FAULT。下面就此報警信息的在線診斷來詳細說明SINUMERIK 840D/810D數控系統在線診斷步驟與故障排查過程。

通過查找西門子SINUMERIK 840D接口信號表中的PLC信息表得知511105報警的原因是因為數據塊DB2.DBX12.5被賦值1所造成的。所以在下面的在線診斷過程中就是需要追蹤 DB2.DBX12.5如何置“1”。

第一步，首先連接PC至NCU X122接口，在檢查連接無誤后，打開STEP7軟件設定PG/PC通訊方式，設定為PC Adapter(MPI);接口參數設定為COM1波特率設定為19200，之后新建項目。

第二步，機床通電、啟動完成后，點擊STEP 7工具欄中的在線，然后選擇菜單PLC中的上傳PLC程序，這時我們就可以看到該機床的硬件配置及程序結構了。打開交叉參考表搜索DB2如圖5。發現DB2中沒有任何關于12號字節或其中某個位的輸入輸出。

這種情況下就可能是程序中打開DB2后，再次引用的時候沒有注明數據塊名稱。利用程序結構和跳轉搜索DBB12或者DBX12.5找到在FC115中程序段3，如圖6。在這里我們可以看到有DBB12的字節寫入，在第三行有打開DB2的動作，說明這里的DBB12就是DB2.DBB12，所以報警應該是由QB10中的 Q10.5觸發的 。通過跳轉查找發現在FC76的程序段中Q10.5的寫入類型如圖7。執行換刀操作，發現報警時I 45.4和I 45.5全為”1”狀態.經過檢查發現I 45.4傳感器間隙過小，調整后換刀正常。

5 結語

通過在線診斷在數控機床故障維修中的應用，使我們能夠在不了解機床各部分動作邏輯，從正向無法進行故障診斷時，通過反向查找追蹤故障信號相應的PLC數據位得以快速診斷機床復雜故障，縮短了機床維修時間。使我們維修技術提升一個臺階。在這里要注意的一點就是在線診斷時應在充分了解PLC內部邏輯前提下小心操作，最好是先做一下系統的備份，防止誤操作后無法撤銷。每次診斷后做故障診斷記錄，使數控機床維修更加快速、高效。

1 SINUMERIK 810D/840D簡明調試手冊.西門子(中國)有限公司.