840D數控系統NC與PLC無法連接故障處理

祝 林，張金紅

（中冶陜壓重工設備有限公司機動部，陜西渭南 711711）

1 故障現象

840D數控系統采用S7-300系列PLC，PLC的CPU集成在840D的NCU單元中，連接方式為從NCU的SIMATIC端口X111連接到PLC模組的IM361接口模塊上。機床使用過程中840D數控系統有時出現NC與PLC無法連接故障，機床報警號為120202。840D數控系統出現120202報警，表明內部事件在被調用時中斷。840D數控系統人機交換界面負責NC（Numerical Control unit）數據的輸入和顯示，它由MMC（Man Machine Communication），OP （Operation Panel） 和 MCP（Machine Control Panel）等3部分組成，840D的數控單元NC（Numerical Control unit）被稱為中央控制單元，負責NC所有功能，機床的邏輯控制，還有和MMC的通信。

2 原因分析

（1）首先控制系統MMC（PCUxx）關電后再次上電，試機。

（2）如故障未變，檢查840D的NCU單元，仔細觀察NCU正面的與啟動控制有關的元素一個7段顯示器及一個復位按鈕S1兩列狀態顯示燈。NCU的H1列的NF，CF是紅燈，其中NF在NCK啟動過程中其監控器被觸發時，此燈亮；CF當COM 監控器輸出一個報警時，此燈亮；CB，CP是黃燈，其中CB通過 BTSS進行數據傳輸，此燈亮；CP通過PC的MPI接口進行數據傳輸時，此燈亮。

（3）檢查PROFIBUS通信，即OP010面板與NCU之間的PROFIBUS電纜通信、OP010面板與MCP之間的PROFIBUS電纜通信，包括PROFIBUS電纜與OP10面板的連接插頭。若機床出現NC與PLC連接不上故障，維修時可以檢測連接至NCU、MCP之間的Profibus-Dp總線電纜連接情況，有無松動，并緊固Profibus-Dp總線電纜插頭，檢查總線插頭內接線是否松動；金屬屏蔽層接地是否可靠；插頭上的終端電阻開關是否設置正確。NCU上還有一個MPI，一個PROFIBUS接口，PROFIBUS接口可以接所有的具有PROFIBUS通信能力的設備。PROFIBUS的通信電纜和MPI的電纜一樣，都是一根雙芯的屏蔽電纜，在MPI，OPI和PROFIBUS的通信電纜兩端都要接終端電阻，阻值是220 Ω。因此若要檢測電纜好壞，可以在NCU端打開插座的封蓋，用萬用表測量A，B兩線間電阻，正常情況下應該為110 Ω。

3 NC與PLC連接不上報警故障的原因分析與實例

3.1 硬件連接存在的問題

IM361接口模塊與NCU使用的是兩芯屏蔽的PROFIBUS通信電纜進行通信，信號線為紅色和綠色，連接用的插頭是西門子專用的插頭，內有標示明確的接線顏色順序，一般情況來說，按照標示的接線端子接線不會出現連接問題。但是，不能排除日常機床使用過程中線的破皮、虛接或斷線等問題的出現。一般這種故障有明顯的表現，比如機床運動的固定位置引發機床此類的報警，機床操作盒的左右上下移動出現報警，這類現象多數都是插頭松動或者電纜問題引發的故障。

上海機床廠生產的一臺MKD8463數控軋輥磨床正常工作中，當Z軸開動時，機床頻繁報警120202，并且每次報警都是在一個比較固定的位置，故懷疑是PROFIBUS電纜隨Z軸坦克鏈移動時有破皮或虛接情況。檢查電纜，發現在坦克鏈折彎處PROFIBUS電纜有被擠傷，檢查此處電纜發現其中綠色信號線有虛接，處理完畢后，故障消除。西門子PROFIBUS網絡里，每個PROFIBUS插頭帶有一個終端電阻，一般在網絡起始和結尾的插頭處終端電阻設置為ON，在網絡中間的插頭設置為OFF，如果設置錯誤，也會造成等待與 NC/PLC的連接的報警，另外插頭性能不良或者接觸不好的話，同樣也會出現這類故障。

西門子PROFIBUS網絡里每個PROFIBUS插頭帶有一個終端電阻，一般在網絡起始和結尾的插頭處終端電阻設置為“ON”，在網絡中間的插頭設置為“OFF”。若設置錯誤，也會造成等待與 NC/PLC的連接的報警。另外，插頭性能不良或者接觸不好，同樣也會出現這類故障。

一臺濟南二機床集團公司生產的TK6920型數控落地鏜銑床，機床在正常的加工過程，機床報警，機床操作界面出現報警120202，等待與NC/PLC的連接，與此同時診斷界面出現外圍各個檢測點的報警，打開機床電柜檢查發現PLC模組的輸入模塊SM321上的輸入點都不亮，用萬用表測量PLC模組的IM361接口模塊上有正常的DC 24 V電壓，輸入模塊SM321也有正常的DC 24 V電壓。拆下SM321模塊上電路板用萬用表測量檢查時，發現電路板上保險芯片壞了，用烙鐵在保險芯片的兩端芯片腳焊出兩根細線，引出輸入模塊，再在兩根細線另外兩端接上和電路板上保險芯片同規格的速熔保險管。機床上電后PLC的輸入模塊SM321上各個輸入點都正常工作，機床故障消失。

一臺臺灣產MV-610立式加工中心，機床每次加工大進給量的工件時，機床有時候會報警PLC生命監控標志故障，NC與PLC連接不上。查看診斷手冊解釋報警是PLC必須定期給出生命狀態，否則會出現此報警。但是，機床每次加工大進給量的工件時才會出現這種報警，故分析是因大進給量時機床隨之而來的振動引起。觀察PLC的狀態發現，每次報警的時候PLC的電源指示燈滅了，檢查PLC接口模塊IM361的電源接線并無松動，查看電氣原理圖后發現在供PLC電源前端有一個繼電器，在機床系統完成正常啟動后，繼電器帶電供給PLC電源，發現繼電器與底座安裝有些松動，所以機床在大進給量加工時候報警。固定好繼電器后，故障消失。

一臺桂林機床廠生產的XK2316/5龍門式加工中心，機床操作界面出現報警120202，等待與NC/PLC的連接。在排除外圍硬件NCU模塊的時候，發現NCU模塊上X121的接口線端子有接觸不良的情況，和其他相同機床的X121的接口線互換后，故障消失。其中NCU模塊的X121是多路輸入/輸出接口，通過該接口NCU模塊可以與多種外部設備連接，例如與控制進給的手輪，NC輸入/輸出的連接。更換X121的接口線后機床正常。

3.2 外圍硬件本身存在的問題

當機床在正常上電過程或者使用過程中，機床都會檢測NCU 模塊接口 X101 所接的 MCP，MMC（PCUxx），HHU，NCU，NCU box等外圍硬件是否處于正常工作狀態下。

一臺武漢重型機床廠生產的TK6920B數控落地鏜銑床，機床在正常工作中不定期會出現NC與PLC連接不上故障。在排查外圍硬件的過程中發現，當插上HHU（西門子手持單元）的封頭后，機床在正常工作中沒有再出現報警，檢查手持單元的電纜并沒有發現有斷線或者虛接等情況，故懷疑手持單元本身有問題。更換新的手持單元后，故障消失。

一臺濟南二機床集團公司生產的TK6926型數控落地鏜銑床，機床在加工過程中X軸出現主動編碼器硬件出錯故障。檢查X軸光柵尺反饋編碼器線有斷線現象，隨機將機床整體斷電經行故障處理，故障處理完后機床重新上電，機床進入系統后，操作界面出現報警NC與PLC連接不上故障現象，機床報警號為120202，說明內部事件在被調用時中斷，出現此報警。但是在處理X軸光柵尺反饋編碼器線時，機床無其他任何移動進給軸的操作，故懷疑外圍硬件本身存在問題。在排查外圍硬件的過程中發現NCU上的PROFIBUS插頭有接觸不良的情況，重新把NCU上PROFIBUS插頭的固定螺釘上緊，機床重啟上電，故障消失。

另外一方面在排除是不是機床的PROFIBUS插頭的時候，要仔細經行檢查，可能插頭有接觸不良的情況，也可能是PROFIBUS插頭本身性能不好。如果懷疑插頭性能不良的話，可以更換新的PROFIBUS插頭經行驗證，但是插頭終端電阻設置一定要記住，在更換完插頭后恢復之前的終端電阻設置。

一臺沈陽機床廠生產的TKP6513B數控刨臺式鏜銑床，機床無法進入系統的操作界面。開始排查外圍的HHU，各個PROFIBUS插頭和之間連線，以及控制面板等，發現NCU模塊的7段碼管沒有任何顯示，故障與狀態LED燈也沒有任何一個亮的，機床停電拆下NCU模塊，打開NCU模塊用萬用表檢測電路板上的保險芯片是否有問題，檢查完后發現保險芯片壞了。同上述一樣，用兩根細線在保險芯片兩端焊線引出NCU模塊，在兩根細線之間接上同電路板上保險芯片的規格要求的速熔保險，機床上電后NCU模塊工作了，可是NCU模塊7段碼管不是狀態數字6，并且故障與狀態LED燈全亮，判斷NCU模塊硬件有可能存在問題。更換NCU模塊后，機床上電后，NCU模塊的狀態和更換前一樣，NCU模塊更換了可是NCU模塊上的CF卡還是原裝的，分析CF卡有問題的可能性大。購買新的CF卡后用電腦備份的數據重新恢復，恢復完后進行安裝CF卡到NCU模塊上，機床恢復正常的工作，從中認識到CF卡雖然不太容易壞，但是CF卡上面的數據還是要及時備份到電腦上，以便以后維修時候的應用。

3.3 數據循環檢測故障

如果發生了NC與PLC無法連接的故障，上述問題排查后都不能解決，可以懷疑是由于機床長期運行，內存緩存內冗余數據太多，循環檢測數據溢出，導致了故障發生。此時，可以做PLC總清做硬件復位來嘗試消除故障。PLC總清操作步驟如下。

（1）先將S4開關撥到2位置，PS紅燈亮。

（2）再將S4轉到3位置，保持大約3 s等到PS燈再次亮，此時PS紅燈滅了又再亮。

（3）然后在3 s內將S4開關快速的執行下述操作：2→3→2位置，這時PS燈先閃，后又亮，PF燈亮（有時PF燈不亮）。

（4）等PS和PF燈亮了，隨后將S4開關轉到0位置，這時PS和PF紅燈滅，而PR綠燈亮，PLC數據即被清除。

西門子840D系統自身的硬件配置也不同，對于MMC103，PCU50或者PCU70來說可以選擇軟盤、硬盤、NC卡和數據外部（PC機）備份等多種備份形式，而對于PCU20及以下配置自身由于沒有硬盤不能選擇硬盤備份，那就需要備份到NC卡，或者備份到電腦上了。當機床沒有數據的時候，MCP的燈會一直閃爍，數控機床報警120202等待與NC/PLC的連接。

常用的硬盤系列，可以進行數據備份和恢復的操作，有時候數據備份會出現中斷出錯，此時應注意清除出錯提示反復試機確認中斷正常后，再進行數據的備份。注意檢查NC內存剩余空間是否足夠，可以刪除掉一些程序化再試機備份。可以單獨備份NC數據，不要勾選帶補償數據的再試機備份，這樣備份出來的NC數據不全面，如某些變量、宏文件的缺失，但是使用該數據，不會影響數控系統正常工作。對機床進行數據恢復后，有時候可以消除報警120202，等待與NC/PLC的連接。

一臺桂林機床廠生產的XK2316/5龍門式加工中心，機床在正常加工過程中，有時候會隨機出現機床操作界面死機情況，但是死機持續時間不長，機床操作界面就會出現報警120202，等待與NC/PLC的連接，機床控制面板上各個操作按鍵燈有規律的不停閃爍。首先懷疑機床控制面板是不是存在問題，在和其他正常運行的機床控制面板進行互換后上電觀察，在觀察時機床還是出現了機床操作界面死機情況和報警120202，等待與NC/PLC的連接。分析時發現每次故障報警前機床操作界面都會出現死機情況，故判斷有可能是機床的PCU有問題，該龍門加工銑床采用的是PCU50，對PCU50的硬盤進行還原恢復操作后，重新安裝PCU50到機床上，上電后觀察機床正常加工，故障消失。

關于PCU50的恢復。拆下PCU50的硬盤，將固定硬盤的4顆螺釘旋到no-operate的位置，取下固定的4顆固定螺釘，拔下硬盤與主板的連接排線，卸去4個固定硬盤的防震裝置，取下4個硬盤架的螺釘，小心地取下連接硬盤的排線，注意不要弄斷硬盤供電的兩根電纜線。安裝硬盤步驟相反，將硬盤連接到IDE硬盤盒上，作為PC機的移動硬盤，運行PC電腦，運行GHOST軟件，也可以在DOS環境下，也可以利用Windows版的GHOST軟件，運行GHOST軟件，點擊界面出現的“OK”，還原GHO文件，全盤還原，選擇Local—Disk—From Image3，選擇備份的文件，點擊open，在選擇還原的硬盤時一定要注意選擇外接的移動硬盤，然后點擊“OK”，等待還原成功提示。

一臺上海機床廠生產的MKD8463數控軋輥磨床，機床在一直帶電的情況下可以正常運行，可是機床如果在完全斷電超過幾個小時后，在重新上電時候，機床的控制面板的所有按鍵燈在不停的閃爍，并且HHU單元也顯示不正常工作現象，機床的操作面板系統也處無法正常的NC與PLC連接。在檢查外圍的時候發現PCU50上的兩個七段碼LED狀態也顯示的不對，這臺機床的PCU50的版本型號為PCU50.3。由于PCU50.3上的兩個七段碼LED狀態也顯示異常狀態，故判斷PCU50.3存在問題，更換新的備份硬盤上電后機床正常工作了幾天，有出現上述相同的故障，在不斷電情況下一直正常，只要斷電超過幾個小時機床就無法正常的NC與PLC連接，直接按PCU50.3上的“RESET”，機床還是無法正常運行，故決定對PCU50.3做一下檢查。首先控制系統PCU 50.3關電后再次上電，試機，檢查西門子840D的上位機即PCU50.3的供電單元，該單元的輸入電壓是DC 24 V，可以先檢查DC 24 V正常否，如果電壓低于DC 24 V，檢查輸入到供電單元DC 24 V的電路，檢查PCU50.3單元的連接是否正常可靠，可打開PCU50.3單元，檢查系統板件的連接，將PCU后蓋仔細打開，檢查內存條是否插牢靠，扁平電纜的插接是否可靠，注意各個插座上的接線做好標記，以防插錯。做了以上檢查后都正常，但是機床依然無法NC與PLC連接，分析機床在一直帶電時工作正常，只是在斷電重新上電后才出現此類故障，并且磨床在磨制工件時要用開啟大量冷卻液，是不是因為冷卻液造成的大量冷卻霧氣滲透到PCU里面，機床一直帶電工作PCU自身發熱，可以不受影響，而機床加工完后斷電有細微的濕氣進入PCU沒有完全的揮發，而影響PCU的正常啟動，所以，在機床發生故障時在一直帶電的狀態下，用熱風槍對PCU進行局部加熱十幾分鐘后，機床正常啟動，故障消失，以免以后又會出現這類故障。在機床加工時用大的護板遮擋濕氣，而且盡量保持機床處于帶電狀態。

西門子840D數控系統的PCU除了大量運用PCU50、PCU70之外，還有PCU20。PCU50都配有硬盤，機床出現報警120202，等待與NC/PLC的連接，有時候發生此類故障是因為數據丟失或者硬盤自身有問題，可以通過對硬盤進行備份與恢復，解決報警，然而PCU20不帶硬盤，系統軟件內嵌于內部FLASH，由DOS引導，稱為嵌入式HMI，對PCU20的機床發生數據丟失或者機床的NC與PLC連接不上時，要進行系統軟件的備份和恢復，需要使用CF卡及適配器，首先將 CF卡插入適配器后插入PCU20的卡槽，正確插入后槽旁有一小方形按鍵突起，相反按下此鍵CF卡與適配器被吐出，可以取下，如何用CF卡進行備份與恢復，可以參考一下關于這方面的西門子說明書或者文獻。但是除了對PCU20的備份與恢復，還要注意檢查幾個方面，這幾個方面也有可能造成機床無法NC與PLC連接不上：首先檢查PCU20的供電單元，該單元的輸入電壓是DC 24 V輸入，可以先檢查DC 24 V正常否，檢查輸入到PCU20的供電單元DC 24 V電路，如果以上正常，檢查系統板件的連接；將PCU20后蓋仔細打開，檢查內存條是否插牢靠，CPU的風扇轉動是否正常；檢查PROFIBUS通信，即OP010面板與NCU之間的PROFIBUS電纜通信、OP010面板與MCP之間的PROFIBUS電纜通信，包括PROFIBUS電纜與OP010面板的連接插頭，可以檢測連接至NCU，MCP之間的Profibus-Dp總線電纜連接情況，插頭上的終端電阻開關是否設置正確。這樣才能更全面的分析與找出處理引起機床發生這類故障的原因與解決方法。

做完PLC總清后，將提前備份好的PLC程序重新下傳或者通過軟盤、硬盤、NC卡和數據外部（PC機）的數據恢復即可。如果故障未消除，則應考慮硬件故障引起的報警。平常應不定期地備份機床數據和程序，定期檢查西門子840D系統的NCU box中電池是否有處于電壓過低的報警，如有電池電壓過低報警及時更換同等型號性能的電池，并且要定期檢查NCU box的風扇；在機床通電的情況下，取出西門子NCU box正面的電池與風扇插卡，取下NCU box里面的雙風扇，用工業酒精清洗，然后進行烘干。在斷電情況下清洗風扇，盡量在30min內完成。NCU主板也可以拆下來清洗，干灰塵用小毛刷或者吹風機清理，若有油泥，要用工業酒精清洗后烘干。定期的檢查和清理，對NCU模塊的長時間可靠運行有保證。對于長期停用的機床，需要定期通電，防止電池失效而看不到報警，并且檢查存儲器電氣元器件老化程度和機床周圍的環境等。防止機床數據和程序丟失導致機床報警，產生NC與PLC連接不上故障。在機床數據和程序備份前，查看系統調試手冊或相關說明，以保證所備份機床數據和程序的完整、正確和有效性。