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基于PLC的数控机床故障诊断
李大庆
(濮阳职业技术学院,河南濮阳457000)
摘要:PLC是数控机床的控制中心,机床的很多控制指令都要经过PLC处理后才能控制执
行机构。通过对可编程序控制器PLC的检查,利用PLC的状态信息和PLC梯形图,可以快速、准确
地判断数控机床故障。
关键词:数控机床;故障诊断; PLC
中图分类号: TG502; TP306　文献标志码: A　文章编号:1003-0794(2007)11-0193-02
Fault Diagnosis forCNCMachine Tool Based onPLC
LI Da-qing
(Puyang Vocation Technology College, Puyang 457000, China)
Abstract:PLC is a control center of a CNC,many control commands of CNC should be sent to the implements
after the PLC processing. With PLC checking, application of state information of PLC and PLC ladder dia-
gram, the fault of CNC machine tool can rapidly been diagnosed accurately.
Key words:CNC machine tool; fault diagnosis; PLC
0　引言
在数控机床中,除了对各坐标轴的位置进行连续
控制外,还需要对诸如主轴正反转和停止、进给运动
的启动和停止、刀库及换刀机械手控制、切削液开关、
卡盘夹紧松开等动作进行顺序控制,顺序控制的信息
主要由输入/输出(I/O)控制,如控制开关、行程开关、
压力开关、温度开关等输入元件,继电器、接触器和电
磁阀等输出元件控制,同时还包括主轴驱动和进给伺
服驱动的使能控制和机床报警处理等。上述功能是
由数控机床中的可编程序控制器来完成的。
可编程序控制器简称PLC,和继电器系统类似,
PLC也是由输入部分,逻辑部分和输出部分组成,输
入部分收集并保存被控制部分实际运行的数据,逻
辑部分处理输入部分所取得的信息,并判断哪些功
能需作出输出反应。输出部分提供正在被控制的许
多装置中,哪几个设备需要实时操作处理。PLC采
用大规模集成电路构成的微处理器和存储器来组成
逻辑部分。尽管逻辑部分的作用与继电器控制系统
类似,但是其组成,工作原理,运行方式与前者是截
然不同的。通过编程,可以灵活地改变其控制程序,
相当于改变了继电器的硬接线线路,这就是所谓的
“可编程序”。PLC根据输入条件来控制输出信号。
而输入信号就是控制台上的按钮,机床上的限位开
关,压力继电器和光电开关等各类传感器,而输出点
则控制继电器或接触器线圈的通断,指示灯的明灭,
液压阀电磁铁的吸合及变频器的信号端子的输出。
在数控机床的故障中,输入/输出(I/O)故障是
最常见的故障,通过对可编程序控制器PLC的检
查,可以很方便地判断数控机床的这类故障。
1　利用PLC的状态信息诊断故障
数控系统一般具有PLC输入、输出状态显示功
能,如SIEMENS810系统DIAGNOSIS菜单下的PLC
STATUS功能、FANUC-0系统DGNOS PARAM软件
菜单下的PLC状态显示功能等。利用这些功能,可
以直接在线观察PLC输入和输出的瞬时状态,这些
状态的在线检测对诊断机床故障时非常有用的。
数控机床的有些故障可以根据故障现象和机床
的电气原理图,察看PLC的相关输入输出状态即可
诊断故障,数控机床出现的大部分故障都是通过
PLC装置检查出来的。PLC故障检测的机理就是通
过运行机床厂家为特定机床编制的PLC梯形图(即
程序),根据输入输出的状态进行逻辑判断,如果发
现问题就发出报警并在显示器上产生报警信息。所
以对一些PLC产生报警的故障,或一些没有报警的
故障,可以通过分析PLC的梯形图对故障进行诊
断,利用NC系统的图形显示功能或者机外编程器
在线跟踪梯形图的运行,可提高故障诊断速度和准
确性。
应用实例:装备FANUC-0T系统的数控车床,
其尾座套筒的PMC输入开关如图1所示。
图1　尾座套筒的PMC输入开关
故障现象:当脚踏尾座开关使套筒顶尖顶紧工
件时,系统产生报警。
故障分析:在系统诊断状态下,调出PMC输入
信号,发现脚踏向前开关输入地址X04·2为“1”,尾
—193—
X17·3为“1”,润滑油供给
正常使液位开关输入地址X17·6为“1”。调出PMC
输出信号。当脚踏开关尾座套筒向前运动时,输出
Y49·0为“1”,同时,电磁阀YV4·1得电,这说明系
统PMC输入输出状态均正常。
分析尾座套筒液压系统如图2所示。当电磁阀
YV4·1通电后,液压油经溢流阀、流量控制阀和单向
阀进入尾座套筒液压缸,使其向前顶紧工件。松开
脚踏开关后,电磁换向阀处于中间位置,油路停止供
油。由于单向阀的作用,尾座套筒向前时的油压得
到保持,该油压使压力继电器动合触点接通,在系统
PMC输入信号中X00·2为“1”。但检查后发现PMC
输入信号中X00·2为“0”,说明压力继电器有问题,
检查证明压力继电器触点开关损坏。故障原因是压
力继电器SP4·1触点开关损坏,油压信号无法接通,
从而造成PMC输入信号为“0”,故系统认为尾座套
筒未顶紧而产生报警。
图2　尾座套筒液压系统图
2　利用PLC梯形图跟踪法诊断故障
数控机床出现的大部分故障都是通过PLC程
序检查出来的。有些故障可在屏幕上直接显示出报
警原因,有些虽然在屏幕上有报警信息,但并没有直
接反映出报警的原因,还有些故障不产生报警信息,
只是有些动作不执行,遇到后2种情况,跟踪PLC梯
形图的运行是确诊故障很有效的方法,可以直接将
机床的接口、内部继电器、定时器等的状态信息通过
梯形图直观显示出来,为维修带来方便。FANUC-0
系统和MITSUBISHI系统本身就有梯形图的显示功
能,可直接监视梯形图的运行。西门子数控系统因
为没有梯形图的显示功能,对于简单故障,可根据梯
形图通过PLC的状态显示信息,监视输入、输出及
标志位的状态,跟踪程序的运行,而复杂的故障必须
使用编程器来跟踪梯形图的运行。
应用实例:采用西门子810系统的数控磨床。
故障现象:810系统的数控磨床开机后不回参
考点,并且没有故障显示。
故障分析:检查控制面板发现分度装置落下的
指示灯没亮,为了安全起见,只要分度装置没落下,
机床的进给轴就不能有运动。根据机床电气原理
图,检查分度装置,如图3所示,PLC的输出Q7·3控
制面板上的分度装置落下指示灯没发现问题。为此
查看PLC梯形图,有关Q7·3的梯形图在PB12的21
块中,如图4所示。用编程器在线观察梯形图的运
行,发现标志位F143·4没有闭合,致使输出Q7·3没
有电。标志位F143·4指示工件分度台在落下位置,
其控制梯形图在PB10的8块中。如图5所示,用编
程器查看这部分梯形图,发现由于输入I13·2的触
点没有闭合,导致输出F143·4没有电。根据如图6
所示的电器原理图,PLC输入I13·2接的是检测工件
分度装置落下的接近开关13 PS2。将分度装置拆
开,发现机械装置有问题,不能带动驱动接近开关的
机械装置运动,所以I13·2始终不能闭合。
图3　分度装置落下指示灯电器控制原理图
图4　输出Q7·3的梯形图
图5　标志位F143·4梯形图
图6　PLC输出I13·2的连接图
3　结语
由以上分析,通过对可编程序控制器PLC的检
查,利用PLC的状态信息和PLC梯形图,可以很方
便地判断数控机床故障。
参考文献:
[1]许衡.数控机床故障诊断维修[M].北京:化学工业出版社,2005.
[2]孙汉卿.数控机床维修技术[M].北京:机械工业出版社,2000.
[3]夏罗生.PLC在数控机床故障诊断中的应用[J].机床电器,2006
(1).
[4]许云理.PLC程序在数控机床故障诊断中的应用[J].制造技术与
机床,2006(10 ).

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