基于PLC的西門子840D系統數控機床故障診斷分析

戴正陽

(上海電子信息職業技術學院，上海奉賢，201411)

西門子于上世紀九十年代研發出SINUMERIK 840D，這款具有高性能的數控系統由三個主要部分構成，即數控和驅動單元，MMC以及PLC模塊。三大組成部分在功能方面既有明確分工，又相互提供支持。SINUMERIK 840D的特點是：實現數字化驅動、軸控的規模大、能夠進行五軸聯動、視窗化的操作系統、軟件具有豐富的內容且功能十分強大、具備遠程診斷的功能、具有完善的保護功能、硬件實現了高度的集成化、設計實現了模塊化、內部裝有PLC系統。

1 系統組成

計算機通過對跟隨誤差的計算，獲得NC位置給定，并得出其與位置實際值之差以完成輪廓監控。在差值處于軸數據MD 36400：CONTOUR_ TOL(輪廓監控勻差帶)已設定值之外，就將觸發報警，與此同時，軸將按照當前所設定的制動斜度產生制動。

SINUMERIK 810D / 840D 系統當中的 PLC 部分所使用的軟件和模塊是西門子 SIMATIC S7-300，在同一導軌上，從左到右分別為電源模塊，接口模塊和信號模塊。PLC中的 CPU同NC中的CPU均集成于 CCU 或集成于NCU當中，如圖1所示：

2 故障原因

2.1 機械系統方面的原因。主要集中體現為導軌和絲杠潤滑性差，或傳動系統有問題，使得軸在轉動時遇到很大阻力，導致位控元件所獲得實際值和給定的值之間產生很大的差異而觸發報警。

2.2 電氣系統方面的原因。主要體現在：第一，裝備的抱匣在伺服電機軸時，不能正確打開抱匣。第二，檢測部位的實際值的編碼器出現問題，或光柵尺有問題。第三，編碼器或者光柵尺的電纜存在問題。第四，軸驅動器出現的故障。第五，伺服電機存在故障。

2.3 NC參數失真或數據丟失。相關的NC參數有：第一，輪廓監控允差帶。第二，位置控制器增益KV因子設置這項參數，為了得到較大閉環增益，但KV因子大小有限制，不會使得位置控制器發生振蕩，為避免輪廓發生誤差，要求插補的所有軸都該有相同的KV因子。第三，軸加速度。

數控機床當中的CNC系統，能夠使得刀具對工件的各坐標軸具有幾何運動規律的數字控制， 當中有插補計算和刀具補償等數據處理，此外還具備大量輔助性功能，例如主軸產生的正轉和反轉運動，以及停止，包括進給運動的開啟和停止，以及刀庫和機械手的換刀控制、溫度冷卻和排屑裝置，工件的裝夾等大量應答式開關量控制，這些操作都可以運用數控機床中的可編程控制器來控制。

可編程控制器（PLC）在數控機床上的作用是將機床與 CNC相連接，接受CNC發出的控制命令，根據機床側的控制信號，通過內部的程序控制，向機床端發出控制指令，對電磁閥、繼電器和指示燈等實施控制，將狀態信號發到CNC；同時，在處理開關信號中，如果出現一條信號誤差，或存在某種故障，都將導致機床產生故障。

3 PLC的調試

對PLC程序進行調度時，要對下列內容進行了解：

(1)編制的FC塊或者FB 塊若在OB塊當中不調用，說明這個程序塊不執行。

(2)對程序進行修改的最佳狀態是離線狀態，要求改后保存，之后再下傳。

(3)STEP7中的PLC程序經過多次編輯，在運行后應適時進行壓縮。具體操作步驟：

在線 PLC 模塊信息(Module Information)內存(Memory)壓縮。

(4)新建Project的方法為：在File NEW 輸入 Project名稱，確認，雙擊Insert Station Simatic 300 Station，打開該站點online鈕，點擊Hardware PLC Unload station，然后就可將基本程序內容復制到該站當中。

(5)報警文本的編寫：報警文本的編寫應使用Dos 條件下Microsoft 的ASCⅡ編輯器，按照Dos提示符鍵入Edit，就開啟了ASCⅡ編輯器。報警文本要有一定的格式和語法。(見下表1)

表1 PLC 報警文本文件的結構

報警故障代碼 300500

在下列故障代碼 1 后可能還有故障代碼數據 2，這用于說明終端塊 / 模塊的十六進制號碼。

故障代碼 0001H

故障文本 故障在：P-RAM

附加信息 1-

附加信息 2 故障地址

注釋 在引導啟動中測試程序存儲器時確定，寫入的位示例不能讀回。

原因：控制組件上硬件故障。

僅對于驅動軟件 V1.x（EPROM 版本）故障。故障在下列下載版本中由系統故障 F034

或者 F035 替代。

補救措施 更換控制組件

故障代碼 0002H

故障文本 在 X 中故障：或者 Y：-RAM

附加信息 1-

附加信息 2 故障地址

圖1 SINUMERIK 840D 系統連接圖

注釋 在引導啟動中測試數據存儲器時確定，寫入的位示例不能讀回。

原因：控制組件上硬件故障。

補救措施 更換控制組件

4 故障實例

西門子公司 840D系統的數控磨床在應用中，一個時期內常產生 7000號報警，報警一旦發生，機床便不能做其他項操作。在按復位鍵后或在關機重開后，故障可能消除。故障的分析和檢查。產生報警后應檢查機床控制部分的熱繼電器，若未發現出問題。按照數控系統的工作原理，產生 7000 號報警，PLC相應標志位F108.0 應置“1”。

根據電器原理圖，PLC輸入U.0的接法如圖2所示，

圖2 PLC輸入 I2.0電氣連接圖

6個熱繼電器的常閉觸點串聯之后接入PLC輸入端子的，在出現報警時，PLC輸入I2.0的狀態確實變為“0”，這時在線測量熱繼電器常閉觸點接線端子上的電壓，2MCB6B上的1107號接線端子上有電壓，而2MCB7上的1107號接線端子卻沒有電壓，檢查端子間的連線時發現，1107號導線在2M CB6B的接線端子上虛接。故障處理：緊固2MCB6B的接線端子后，這個故障不再發生。

[1]李穎翰.數控機床的電氣故障診斷與維修[J].中國新技術新產品.2009(07)

[2]王貴勇.對西門子8系統測量系統的故障分析[J].裝備維修技術.2002(04)

[3]阮煜.840D數控系統輪廓監控故障分析及檢測[J].設備管理與維修.2009(03)3