電氣控制系統(tǒng)故障診斷與維修

1、第3章 機(jī)床(jchung)電氣與PLC的故障診斷及維修共四十一頁數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的故障“弱電”故障C N CP L CM D I / C R T伺服驅(qū)動單元輸入輸出單元“強(qiáng)電”故障繼電器接觸器開關(guān)熔斷器電動機(jī)電源變壓器電磁鐵行程開關(guān) 本節(jié)主要講述數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)強(qiáng)電控制系統(tǒng)的故障診斷、維修及日常維護(hù)。 3.1 機(jī)床(jchung)電氣共四十一頁 電源是數(shù)控系統(tǒng)乃至整個機(jī)床(jchung)正常工作的能量來源，它失效或故障的直接結(jié)果是造成系統(tǒng)的停機(jī)甚至毀壞整個系統(tǒng)。電源配置應(yīng)盡量做到以下幾點： 提供獨(dú)立的配電箱而不與其他設(shè)備串用。 電網(wǎng)供電質(zhì)量較差的地區(qū)應(yīng)配備三相交流穩(wěn)壓

2、裝置。電源始端有良好的接地。 電柜內(nèi)電器元件的布局和交、直流電線的敷設(shè)要相互隔離3.1.1電源(dinyun)配置共四十一頁電源(dinyun)配置原理圖共四十一頁 電氣原理圖主要用來描述電氣線路的構(gòu)成及其工作原理，表明電氣控制系統(tǒng)中各電氣元件的作用(zuyng)及相互關(guān)系，對電氣控制系統(tǒng)的安裝接線、運(yùn)行維護(hù)、故障分析和維修管理等有重要的作用(zuyng)。大型數(shù)控機(jī)床的電氣圖往往有幾十頁，甚至上百頁，數(shù)控機(jī)床維修人員應(yīng)該多研讀電氣圖紙，并且消化吸收，弄清各元器件之間的相互關(guān)系及控制信號的來龍去脈，這樣才能在機(jī)床發(fā)生故障時，快速、準(zhǔn)確判斷故障原因，解除故障，及時恢復(fù)生產(chǎn)。 3.1.2 根據(jù)(g

3、nj)電氣原理圖診斷電氣控制系統(tǒng)故障共四十一頁例2：按數(shù)控機(jī)床的起動按鈕，顯示器無顯示，數(shù)控裝置無任何(rnh)輸出。分析與處理過程：1.由電源配置原理圖可知，在各自動空氣開關(guān)接通的情況下，開關(guān)電源的24V直流電壓經(jīng)過(jnggu)KA0的常開觸點給數(shù)控裝置供電，由于開關(guān)電源和繼電器的故障率較高，所以首先檢查這兩個器件是否正常。2.常用萬用表判定開關(guān)電源是否存在故障，在通電的情況下測量其各輸出點電壓是否正常，若無輸出，再測量其輸入端有無交流電壓，若無交流輸入或交流輸入不正常，則根據(jù)電氣原理圖，向前檢查交流電路是否正常；若交流輸入正常，則可判斷開關(guān)電源故障。3.如果開關(guān)電源有直流24V電壓輸出，

4、則測量繼電器觸點的一端L+和開關(guān)電源M之間是否有電壓輸出，如果沒有，則可判定是繼電器KA0故障，否則，檢查至數(shù)控裝置的電源接線是否可靠。共四十一頁例3：按下機(jī)床起動按鈕，數(shù)控裝置起動，沒有(mi yu)報警顯示，但各進(jìn)給軸均不動作。分析與處理過程1.由電源配置原理圖可知，伺服驅(qū)動器電源模塊PSM的主回路電源經(jīng)接觸器KM0的主觸點引入，由下圖可知，KM0線圈的通斷由PSM的內(nèi)部繼電器觸點控制。2.在機(jī)床正常起動過程中，當(dāng)數(shù)控裝置起動完成后，PSM內(nèi)部繼電器觸點接通，應(yīng)該聽到接觸器KM0吸合的聲音，而此時卻沒有聽到。3.檢查接觸器KM0,用萬用表測得線圈電壓為0，觸點沒有吸合，所以各軸均不動作。4

5、.根據(jù)下圖，使用萬用表測量CX3的1、3引腳，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部觸點已經(jīng)接通，所以，應(yīng)該是KM0接觸器線圈的電源故障。5.經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)電源在接線端子排上的導(dǎo)線松動(sngdng)，旋緊后故障排除共四十一頁例4：按下機(jī)床起動按鈕，數(shù)控裝置起動，沒有(mi yu)報警顯示，但各進(jìn)給軸均不動作。分析與處理過程1.由電源配置原理圖可知，伺服驅(qū)動器電源模塊PSM的主回路電源經(jīng)接觸器KM0的主觸點引入，由下圖可知，KM0線圈(xinqun)的通斷由PSM的內(nèi)部繼電器觸點控制。2.在機(jī)床正常起動過程中，當(dāng)數(shù)控裝置起動完成后，PSM內(nèi)部繼電器觸點接通，應(yīng)該聽到接觸器KM0吸合的聲音，而此時卻沒有聽到。3.檢查接觸器KM

6、0,用萬用表測得線圈電壓為0，觸點沒有吸合，所以各軸均不動作。4.使用萬用表測量CX3的1、3引腳，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部觸點已經(jīng)接通，應(yīng)該是KM0接觸器線圈的電源故障。5.經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)電源在接線端子排上的導(dǎo)線松動，旋緊后故障排除。共四十一頁 數(shù)控機(jī)床一般在電磁環(huán)境比較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場使用，電磁干擾較大，而且電氣(dinq)柜中各種電氣(dinq)部件之間，電源電纜、驅(qū)動器的動力電纜、信號電纜之間也存在著電磁干擾。干擾會影響數(shù)控機(jī)床的可靠性和穩(wěn)定性，是造成數(shù)控系統(tǒng)“軟”故障，且容易被忽視的一個重要因素。因此，為了使數(shù)控機(jī)床能夠穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，在數(shù)控機(jī)床的設(shè)計和生產(chǎn)過程中，采取了各種措施提高數(shù)控機(jī)床的抗干擾能

7、力。 3.1.3數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的抗干擾共四十一頁 正確(zhngqu)連接機(jī)床、系統(tǒng)的地線抗干擾措施(cush)：共四十一頁例5： 某配套FANUC 0i-MC的立式(l sh)加工中心，在回參考點時出現(xiàn)參考點位置不穩(wěn)定，參考點定位精度差的故障分析與處理過程：1. 可能的原因是：編碼器零位脈沖不良或回參考點速度太低。由于參考點零位脈沖檢查需要有示波器進(jìn)行，維修時一般可以先檢查回參考點速度和位置增益的設(shè)置。2.經(jīng)檢查該機(jī)床在手動方式下工作正常，參考點減速速度、位置環(huán)增益設(shè)置正確，測量編碼器+5V電壓正常，回參考點的動作(dngzu)過程正確。因此，可以初步判定故障是由于編碼

8、器零位脈沖受到干擾而引起的。共四十一頁例5：3.在參數(shù)設(shè)置正確時，可能的原因為“零脈沖”信號不良。由于零位脈沖的信號脈寬較窄，它對干擾十分敏感，因此必須針對以下幾方面進(jìn)行(jnxng)檢查：編碼器的供電電壓必須在+5V0.2V的范圍內(nèi)，當(dāng)小于4.75V時，將會引起“零脈沖”的輸出干擾；編碼器反饋的屏蔽線必須可靠連接，并盡可能使位置反饋電纜遠(yuǎn)離干擾源與動力線路；編碼器本身的“零脈沖”輸出必須正確，滿足系統(tǒng)對零位脈沖的要求；參考點減速開關(guān)所使用的電源必須平穩(wěn)，不允許有大的脈動。4.進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，該軸編碼器連接電纜的屏蔽線脫落，重新連接后，參考點定位恢復(fù)穩(wěn)定，定位精度達(dá)到原機(jī)床要求。共四十一頁1.

9、除非進(jìn)行必要的調(diào)整和維修，否則不允許隨意開啟(kiq)電柜，更不允許加工時敞開柜門。2.注意觀察電柜內(nèi)粉塵堆積情況，定期清潔電柜內(nèi)的粉塵，定期更換過濾網(wǎng)。3.定期檢查各個接線端子的連接情況，防止由于螺釘松動引起的各種故障發(fā)生。4.定期檢查機(jī)床的接地是否變差，三相電壓是否平衡。5.定期檢查機(jī)床潤滑情況、機(jī)械情況、鐵屑清除情況、活動電纜防護(hù)情況、并觀察冷卻液是否泄漏。6.定期檢查備份的數(shù)據(jù)是否有效。7.定期對程序區(qū)進(jìn)行清理，將不用的程序及時刪除。3.1.4 電氣控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的日常維護(hù)共四十一頁8.定期更換存儲器用電池9.對機(jī)床每一次停機(jī)原因(yunyn)進(jìn)行詳細(xì)的記錄10.經(jīng)常

10、觀察機(jī)床的使用情況，及時發(fā)現(xiàn)并制止可能引起機(jī)床故障或安全事故的各種違章操作，及時發(fā)現(xiàn)機(jī)床出現(xiàn)的各種異?，F(xiàn)象。11.若CNC系統(tǒng)長期不用閑置的情況下，要經(jīng)常給系統(tǒng)通電，防止潮氣，保證電子元件性能的穩(wěn)定。12.在每一次長期停機(jī)前檢查機(jī)床的狀況并做好數(shù)據(jù)存儲工作，在每一次長期停機(jī)后的首次開機(jī)前認(rèn)真檢查一遍機(jī)床電柜的情況3.1.4 電氣控制系統(tǒng)的日常(rchng)維護(hù)共四十一頁P(yáng)LC（programmable logic controller）稱為可編程控制器，獨(dú)立的PLC可以作為很多自動化設(shè)備的通用控制器,由于(yuy)其控制功能強(qiáng)、使用方便、性價比高、抗干擾能力強(qiáng)，在工業(yè)現(xiàn)場得到廣泛應(yīng)用。 在數(shù)控

11、系統(tǒng)中，CNC和PLC分工合作完成對數(shù)控機(jī)床的控制，PLC主要實現(xiàn)M、S、T指令的處理以及數(shù)控機(jī)床的外圍輔助電器的控制，因此，也稱為可編程機(jī)床控制器,稱之為PMC（programmable machine tool controller）。 3.2數(shù)控系統(tǒng)中的PLC共四十一頁機(jī)床(jchung)操作面板上的各按鍵、開關(guān)信號都是直接進(jìn)入PLC共四十一頁面板上的各種指示燈信號則由PLC的輸出(shch)信號控制共四十一頁2、機(jī)床外部(wib)開關(guān)輸入信號共四十一頁3、PLC的輸出(shch)信號共四十一頁機(jī)床側(cè)至PMCPMC至機(jī)床CNC至PMCPMC至CNC3.2.2 FANUC 0i系統(tǒng)(xtn

12、g)中PMC的信息交換CNCPMCMT（機(jī)床）YXFG共四十一頁FANUC PMC中的信號(xnho)類型字母信號類型字母信號類型X來自機(jī)床側(cè)的輸入信號(MT-PMC)C計數(shù)器Y由PMC輸出到機(jī)床側(cè)的信號(PMC-MT)T定時器F來自CNC的輸入信號(CNC-PMC)K保持型繼電器G由PMC輸出到CNC的信號(PMC-CNC)D數(shù)據(jù)表R內(nèi)部繼電器L標(biāo)記號A信息顯示請求信號P子程序號共四十一頁 例如(lr)：當(dāng)按下數(shù)控機(jī)床的急停按鈕時，*ESP從機(jī)床側(cè)送到PLC，輸入地址為X8.4，該地址是CNC生產(chǎn)廠家定義的，用戶不能改變。按下按鈕時，急停按鈕的接常閉觸點斷開， X8.4由“1”變“0”，通過

13、PMC程序使G8.4產(chǎn)生相應(yīng)的下降沿，如圖所示。當(dāng)G8.4為“0”時CNC被復(fù)位，并使機(jī)床處于急停狀態(tài). 除急停信號外，還有一些(yxi)X信號的地址也是固定的，不能隨意改動，例如各軸返回參考點的減速信號，對應(yīng)地址X9.0X9.3，分別是第1 4軸返回參考點的減速信號，如圖所示。這些減速信號在PMC程序中不需要處理。各具體信號的地址及功能參見附錄共四十一頁3.2.3西門子802D系統(tǒng)中PLC的信息(xnx)交換 在西門子802D數(shù)控系統(tǒng)中，NCK、PLC、機(jī)床三者之間的信息交換和FANUC系統(tǒng)相似，只是(zhsh)具體的表示方法不同。 共四十一頁字母信號類型字母信號類型I由機(jī)床側(cè)輸入到PLC的

14、信號(MT-PLC) T定時器Q由PLC輸出到機(jī)床側(cè)的信號(PLC-MT)M標(biāo)志存儲器VNCK和PLC之間的信號(PLCNCK) SM特殊狀態(tài)存儲器C計數(shù)器A累加器西門子PLC中的信號(xnho)類型共四十一頁V地址(dzh)的含義 在西門子802D數(shù)控系統(tǒng)中，PLC和NCK之間的信息交換通過(tnggu)數(shù)據(jù)存儲區(qū)的V地址來實現(xiàn)，V表示PLC存儲器中的數(shù)據(jù)區(qū)，字母V后面跟8位數(shù)字，分別代表不同的含義，如圖所示。 共四十一頁例7：V38001000表示數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)地址為38001000的一個字節(jié)，該字節(jié)的數(shù)據(jù)由PLC送給NCK，其中V38001000.0代表數(shù)控機(jī)床第一軸的負(fù)限位開關(guān)信號。V380

15、11000.0則代表數(shù)控機(jī)床第二軸的負(fù)限位開關(guān)信號，如下表所示。在原理圖中，X軸負(fù)限位開關(guān)的輸入地址為I1.3，經(jīng)下圖所示的PLC程序送給V38001000.0，該地址的信號狀態(tài)由PLC送給NCK，NCK使X軸運(yùn)動停止，并輸出報警(bo jng)信息。共四十一頁例：對于西門子802D系統(tǒng)，機(jī)床急停信號的輸入地址可以在允許的范圍內(nèi)由PLC程序編制者或者程序使用者自行定義，例如(lr)把急停按鈕的信號與I2.0對應(yīng)的端子連接，如圖所示梯形圖程序，當(dāng)急停按鈕按下時，常閉觸點斷開，V26000000.1被置“1”，該信號從PLC送給NCK，使機(jī)床處于急停狀態(tài)。V26000000各位的含義如表所示共四十

16、一頁與PLC相關(guān)(xinggun)的故障主要有三種表現(xiàn)形式有明確的報警信息，通過(tnggu)報警信息可直接找到故障原因有報警信息，但不能反映真正的故障原因沒有報警信息及故障提示3.3通過PLC進(jìn)行故障診斷PLC是CNC與數(shù)控機(jī)床之間信號傳遞與處理的中間環(huán)節(jié)，機(jī)床側(cè)的開關(guān)、按鍵、傳感器等輸入信號首先送給PLC處理；CNC對機(jī)床側(cè)的控制信號也要經(jīng)過PLC傳遞給機(jī)床側(cè)的繼電器、接觸器、電磁閥、指示燈等電器元件；PLC還要把指令執(zhí)行的結(jié)果及機(jī)床的狀態(tài)反饋給CNC。共四十一頁3.3.1 FANUC 0i系統(tǒng)通過(tnggu)PMC進(jìn)行故障診斷 FANUC 0i系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的系統(tǒng)功能，用于PMC程序的

17、編輯、監(jiān)控及診斷，幫助調(diào)試及維修人員快速、準(zhǔn)確(zhnqu)查找故障原因。 共四十一頁定時器設(shè)定(sh dn)畫面共四十一頁計數(shù)器設(shè)定(sh dn)畫面共四十一頁系統(tǒng)的診斷功能(gngnng)畫面 當(dāng)編程了某個指令，而這個指令卻看起來沒有執(zhí)行時，可以通過診斷號000到015觀察系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)。當(dāng)自動(zdng)運(yùn)行停止或暫停時，可以通過診斷號020到025確定系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)。 共四十一頁例8：一數(shù)控機(jī)床在自動(zdng)運(yùn)行狀態(tài)中，每當(dāng)執(zhí)行M8（切削液噴淋）這一輔助功能指令時，加工程序就不再往下執(zhí)行了。此時，管道是有切削液噴出的，系統(tǒng)無任何報警提示分析與處理過程：1.調(diào)出診斷功能畫面，發(fā)現(xiàn)診斷號

18、000為1，即系統(tǒng)正在執(zhí)行輔助功能，切削液噴淋這一輔助功能未執(zhí)行完成（在系統(tǒng)中未能確認(rèn)切削液是否己噴出，而事實上切削液已噴出）。2.查閱電氣圖，發(fā)現(xiàn)在切削液管道上裝有流量開關(guān)，用以確認(rèn)切削液是否已噴出。在執(zhí)行M8這一指令并確認(rèn)有切削液噴出的同時，在PMC程序的信號狀態(tài)監(jiān)控畫面中檢查該流量開關(guān)的輸入點X2.2，而該點的狀態(tài)為0（有噴淋時應(yīng)為1），于是故障點可以確定為在有切削液正常噴出的同時這個流量開關(guān)未能正常動作所致。3.因此重新調(diào)整(tiozhng)流量開關(guān)的靈敏度，對其動作機(jī)構(gòu)噴上潤滑劑，防止動作不靈活，保證可靠動作。在作出上述處理后，進(jìn)行試運(yùn)行，故障排除共四十一頁例9：一配備FANUC 0

19、i-MC系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，在執(zhí)行G90 G01 Z0 時，無故停止，進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位，再次(zi c)執(zhí)行到這一段時又停止，無任何報警。分析(fnx)與處理過程：1.調(diào)出診斷功能畫面，發(fā)現(xiàn)005為1，說明系統(tǒng)處于各伺服軸互鎖狀態(tài)或啟動鎖住信號被輸入。2.當(dāng)PMC的以下信號為0時機(jī)床進(jìn)入伺服軸互鎖狀態(tài)。 G8.0 禁止所有伺服軸移動 G130.0 禁止系統(tǒng)定義的第一伺服軸移動 G130.1 禁止系統(tǒng)定義的第二伺服軸移動 G130.2 禁止系統(tǒng)定義的第三伺服軸移動3.打開PMC狀態(tài)表，檢查上述伺服軸互鎖信號，發(fā)現(xiàn)G130.0為0，而Z軸是系統(tǒng)定義的第一軸。4.打開PMC梯形圖，從梯形圖查找使G130.0

20、為0的原因，和刀架抬起、落下到位的接近開關(guān)信號有關(guān)。5.檢查兩個接近開關(guān)，發(fā)現(xiàn)刀架已落下到位，而抬起到位開關(guān)因沾有鐵屑，而發(fā)出誤信號共四十一頁3.3.2西門子802D系統(tǒng)(xtng)通過PLC進(jìn)行故障診斷西門子802D系統(tǒng)(xtng)提供了強(qiáng)大的系統(tǒng)(xtng)功能，用于PLC程序的編輯、監(jiān)控及診斷，幫助調(diào)試及維修人員快速、準(zhǔn)確查找故障原因。按下MDI鍵盤上的SYSTEM鍵，顯示如圖所示畫面1。按PLC軟鍵，顯示畫面2，可以使用診斷功能，并可以調(diào)試PLC。1共四十一頁西門子802D系統(tǒng)(xtng)的PLC畫面2 STEP7連接功能可以使PLC與外部S7-200編程軟件包進(jìn)行通訊，按PLC狀態(tài)軟鍵，顯示PLC狀態(tài)畫面，在相應(yīng)的輸入?yún)^(qū)輸入符號名稱或者操作地址，屏幕顯示信號(xnho)的當(dāng)前值。共四十一頁P(yáng)LC狀態(tài)表 按狀態(tài)表軟鍵，顯示PLC狀態(tài)表，用此功能可以很快查找到PLC信號，并可進(jìn)行觀察和修改(xigi)。該畫面缺省設(shè)定下顯示3個表：輸入端、標(biāo)志、輸出端，起始地址為0。可以通過編輯板軟鍵顯示其他區(qū)域，并設(shè)定新的起始地址。 共四十一頁P(yáng)rogramming Tool PLC 802界面(jimin) 考慮PLC程序的安全，早期的802D系統(tǒng)不具有梯形圖在線顯示功能。而后期的802D系統(tǒng)，為了方便調(diào)