840D數控系統NCK-PLC交叉報警處理分析

賈廣鵬，周家帥，陳 萌

（中國重汽集團濟南動力有限公司，山東濟南 250220）

0 引言

西門子840D 數控系統具有安全集成功能，可對外部安全信號及伺服軸運行信號進行監控，具有很高的安全性。隨著電氣元件的老化，外部安全信號頻發狀態不良，導致NCK-PLC 交叉報警，由于對安全集成原理不清楚，只能通過頻繁重啟機床來解決問題，嚴重制約生產效率，且會降低機床的使用壽命。

1 安全集成原理

安全集成包括NCK（Numerical Control Kernel，數控核心）與PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）兩部分，2 個控制器獨立運行，通過設計相同的輸入、輸出電路及相同的控制程序，實現對系統的雙通道監控與執行。安全集成使用前需要對其進行一定的配置，配置過程大致為：先對PLC 與NCK 信號接口進行配置，PLC 可以通過程序將輸入輸出配置給特定的DB18（Data Block，數據塊）數據塊內，NCK 可以通過機床的MD10390/MD10392；后在數控機床標準循環內新建一個SAFE.SPF 文件，在文件內編寫相應的邏輯控制程序，再通過PROG_EVENT.SPF 循環調用SAFE.SPF 程序，PLC 中需建立一個與NC 程序完全相同的程序功能塊。

安全集成還具有實時檢查與比較功能，在NCK-SPL 與PLC-SPL 2 個通道內，相應信號在1 s 時間內信號狀態保持不一致，系統立即停機并發出NCK-PLC 交叉報警，這也是交叉報警產生的根本原因。安全集成內部信號定義及處理流程如圖1所示。

圖1 安全集成內部信號定義及處理流程

2 輸入信號交叉報警處理方法

設備運行中出現交叉報警，報警提示信息為：交叉報警出錯NCK-PLC，DMP 31.03 Bit 00=$ A_INSEP[1]，NCK：E 28.6，根據提示信息可以看出這是輸入信號不匹配導致的交叉報警，查看程序確認E28.6 傳遞給DB18.DBX38.0，與INSE1 為對應輸入信號。查看機床模塊INSE1 無輸入信號，E28.6 有輸入信號。

查找電氣圖紙，如圖2 所示：數控機床24 V 電源線傳輸給協作機床FIBRO 機械手上K534 與K535 兩個接觸器上的常開觸點，再經數控機床上K515 接觸器上常開觸點后，傳輸給INSE1。用萬用表檢查電路圖中所有接觸器觸點發現：K534 接觸器吸合，但其43，44 號觸點未導通，據此，可判定交叉報警原因為K534 接觸器觸點損壞。

3 輸出信號交叉報警處理方法

設備運行中出現提示信息：交叉報警出錯NCK-PLC，$A_OUTSE[2]，NCK：0；AV -A20.1。查看A20.1 輸出信號電路圖紙如圖3 所示，A20.1 與OUTSE[2]的輸出信號用于控制接觸器K312 與K313，2 個接觸器直接控制機床BUS 板24 V 與0 V電源信號。

圖2 E28.6 輸入信號電路

圖3 A20.1 輸出信號電路

查看程序如圖4 所示，A20.1 等于DB18.DBX46.1，確認A20.1 與OUTSE2 為對應輸出信號。查看機床OUTSE2 有輸出信號，A20.1 無輸出信號。輸出信號A20.1 為自鎖結構：其中I20.1 為啟動信號，DB18.DBX 70.2 為停止信號。監控程序發A20.1 自鎖斷開，但所有停止信號均為導通狀態，懷疑報警原因為停止信號閃斷導致自鎖斷開。

圖4 PLC 控制程序

根據判斷模擬報警產生過程：查看程序，DB18.DBX70.2與輸入信號DB18.DBX38.4 相關，將輸入信號閃斷，查看機床出現相同報警信息，報警后機床各信號狀態相同，確認報警原因為信號閃斷，此時可通過開啟加工區防護門復位啟動信號I20.1，使程序恢復自鎖，從而消除報警。若報警頻繁出現可根據輸入交叉報警查找方法，查找與停止信號相關的電氣元件故障。

4 安全集成對機床的實際作用

在對交叉報警研究的基礎上，對國外數控機床安全集成信號進行梳理：輸入信號用于檢測機床各安全門、急停、協作機床工作狀態、協作機床急停；輸出信號用于控制機床BUS 板電源信號、急停電源、協作機床安全信號、機床伺服軸電機抱閘。通過查看程序發現：機床各安全門、急停、協作機床急停都會導致BUS板電源斷開，機床急停信號或協作機床急停信號狀態異常都會導致急停電源斷開，機床各安全門信號異常會導致協作機床安全信號斷開，急停會導致伺服電機抱閘動作。

根據上述信息可以得出：安全集成可通過自身的雙系統，檢測機床安全信號狀態，控制機床控制電源及抱閘，這種操作獨立于機床的外部邏輯，可降低電氣元件損壞對安全系統的風險。當數控機床與協作機床都具有安全集成功能時，2 個機床通過控制接觸器進行安全信號交換，可減小通信故障對機床安全工作的影響。

5 結束語

安全集成的使用可提高設備安全性，具有良好的社會效益。但在使用中偶發NCK-PLC 交叉報警。介紹安全集成的原理及配置方法，列舉輸入交叉報警與輸出交叉報警案例，詳細說明報警原因及處理方法，梳理國外先進機床上安全集成的信號使用方法，為國產設備提供參考。