PLC 梯形圖在數控系統I/O 接口硬件故障維修的方法研究

黃朝輝

（柳州職業技術學院，廣西 柳州 545006）

在企業生產中，數控機床單機發生故障對企業生產造成影響的形式和種類很多。如果是在自動化生產流水線中發生故障，將會導致整條生產線的停工，造成的損失將會非常巨大。如果是在某一部分工藝生產的流水線中發生故障，就會影響該零件的可持續性生產加工。如果是在整機關鍵零部件的生產中發生故障，將會影響整機零部件的裝配工作。如果是在批量生產環節的計件生產中發生故障，將會影響企業的生產效率和利潤。因此，如何保證數控機床高效率的運轉，減少故障修復時間，降低故障修復費用，減少故障出現的頻率，是企業維修工作的重點。維修數控系統外圍部分的故障對企業一線維修人員來說很容易解決，但是，涉及數控系統的硬件故障維修就是瓶頸。

1 目前企業維修數控系統硬件方法的普遍現狀

目前，數控用戶維修人員的維修工作基本只涉及數控機床的外圍機械機構、電氣控制系統和數控系統的軟故障排除，而對于系統的硬件故障通常只能由系統生產廠商采用更換部件的方法來解決，一般用戶維修人員是不用也不大可能對它們進行維修的。

由于數控系統電路板集成度高、線路復雜，所以大多數用戶還是采用板級維修，即更換電路插板。但是，由于數控系統的電路板價格昂貴，因此，用戶要承擔昂貴的費用，如無備用板可換，再從國外引進，停機等備板的損失也很大。

但是，不管是數控系統生產廠商或機床生產廠商來到企業進行系統硬件的維修，還是企業自己把系統硬件發回機床生產廠商維修，這個過程耗費的時間都很長。大部分企業是承受不起的。

2 目前維修數控系統故障的常用方法

2.1 在線診斷數控系統硬件故障

CK6420 數控車床配廣數980TD 數控系統，按下水泵鍵后開機一閃就黑屏。現場確認該故障是閃屏，判斷是系統外部短路，問題應該出在I/O 板上。用萬用表檢查2803 集成塊，確實有一個被擊穿，更換后開機正常。這種維修方法需要備件，生產企業一般沒有備件，而且企業一線維修人員一般不能勝任這個工作。

2.2 離線診斷數控系統硬件故障

利用CNC 系統制造廠家專門設計的診斷軟件進行CNC 系統故障測試，通過停機或脫機檢查。這樣可把故障縮小到某部分電路、某個功能模塊、某個印制電路板及某個芯片或元件，使得元件進行修復更為方便，故障定位更為準確。這種方法要求停機或脫機，耗費的時間很長，生產企業等不起。

2.3 PLC 程序法的維修應用

目前，使用較多的是PLC 程序法在數控機床故障診斷或排除中的應用。例如，案例1：開機時出現硬限位故障，對硬限位梯形圖進行了改進，故障排除。案例2：一臺SIEMENS810 系統的數控磨床，開機后機床不回參考點，無故障報警顯示，用編程器跟蹤觀察該部分梯形圖，再結合機床電氣原理圖，排除故障。

以上的維修方法基本都是局限于數控機床的故障診斷或排除。真正通過修改PLC 梯形圖來維修數控系統硬件故障的很少。

3 PLC 梯形圖在數控系統I/O 接口硬件故障維修的方法

3.1 維修方法的基本原理

通過修改數控系統的PLC 梯形圖，使用閑置的I/O 接口引腳替換功能失效的引腳，即對調引腳功能。通過自己的維修實踐證明，通過修改數控系統的PLC 梯形圖，使用閑置的I/O 接口引腳替換失效或損壞的引腳，實現數控系統I/O 接口引腳的功能置換，達到維修數控系統硬件的目的。

3.2 維修方法的案例分析

故障現象：配置廣數GSK980TDb 數控系統的數控車床上電后主軸就有正轉輸出，導致該數控車床的主軸正轉控制功能失效。

故障分析與處理：首先，排查主軸控制電路等外圍線路，發現數控系統的主軸正轉I/O 輸出線路有短路現象。排除短路故障后，故障依舊存在。接著，斷開數控系統的輸出接口（CN62），直接測量數控系統的主軸正轉輸出管腳和+24V 之間有+24V 電壓，說明主軸正轉輸出管腳可能被擊穿。然后，打開數控系統主板查看，發現輸入輸出I/O 模塊中的ULN2803 集成塊的某一引腳有燒蝕的痕跡，更換新的ULN2803 集成塊，通過檢測發現故障依舊存在。故障排查維修到這里，已經是絕大多數企業維修的極限。

因此，只能更換數控系統或把數控系統發給機床廠家進行維修，但是，這會造成數控機床停機，輕者單機停機，重者整條生產線停產，而且會耗費企業很長的時間，對企業將會造成一定的損失。目前，已經診斷出是數控系統主軸正轉的I/O 輸出引腳被擊穿，導致主軸正轉功能不能使用。因此，可以使用閑置的I/O 接口輸出引腳替換損壞的引腳，如表1所示。

表1 數控系統輸出接口（CN62）部分定義表

啟用閑置的尾座進（34 號引腳，梯形圖地址是Y0.3，如圖1 所示）替換主軸正轉（4 號引腳，梯形圖地址是Y2.5，如圖2 所示）。

圖1 數控系統廠家設計的尾座進輸出的PLC 梯形圖

即使在數控系統的PLC 梯形圖里把Y0.3 和Y2.5 的輸出進行置換，如圖3、4 所示，用尾座進的34 號引腳替換主軸正轉的4 號引腳的功能，然后把尾座進的34 號引腳的引出線接入主軸正轉的控制電路里，主軸正轉的4 號引腳引出線斷開做好絕緣處理暫時不用。其他都不用調整，包括操作面板的按鍵還是使用主軸正轉的按鍵控制。這樣快速維修后，恢復主軸正轉控制功能，數控機床立即可以投入生產使用。

圖2 數控系統廠家設計的主軸正轉輸出的PLC 梯形圖

圖3 尾座進輸出Y2.5 替換主軸正轉輸出Y0.3 的PLC 梯形圖

圖4 主軸正轉輸出Y0.3 替換尾座進輸出Y2.5 的PLC 梯形圖

這種快速簡單的維修方法，可以在極短的時間內恢復企業生產，減少數控機床的停機時間，又能等到生產淡季或大檢修的時候再把數控系統發給廠家進行徹底維修。

4 結語

通過修改數控系統PLC 梯形圖來維修數控系統I/O 接口硬件故障的案例，以此類推，舉一反三，進而維修其他類似的I/O 接口的硬件故障。這樣可以快速維修好數控機床，使企業在最短的時間內恢復生產，減少停機損失。