電氣控制系統(tǒng)故障診斷與維修

電氣控制系統(tǒng)故障診斷與維修第1頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的故障“弱電”故障CNCPLCMDI/CRT伺服驅動單元輸入輸出單元“強電”故障繼電器接觸器開關熔斷器電動機電源變壓器電磁鐵行程開關

本節(jié)主要講述數(shù)控機床強電控制系統(tǒng)的故障診斷、維修及日常維護。

3.1機床電氣第2頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月電源是數(shù)控系統(tǒng)乃至整個機床正常工作的能量來源，它失效或故障的直接結果是造成系統(tǒng)的停機甚至毀壞整個系統(tǒng)。電源配置應盡量做到以下幾點：

提供獨立的配電箱而不與其他設備串用。

電網供電質量較差的地區(qū)應配備三相交流穩(wěn)壓裝置。電源始端有良好的接地。

電柜內電器元件的布局和交、直流電線的敷設要相互隔離3.1.1電源配置第3頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月電源配置原理圖第4頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月電氣原理圖主要用來描述電氣線路的構成及其工作原理，表明電氣控制系統(tǒng)中各電氣元件的作用及相互關系，對電氣控制系統(tǒng)的安裝接線、運行維護、故障分析和維修管理等有重要的作用。大型數(shù)控機床的電氣圖往往有幾十頁，甚至上百頁，數(shù)控機床維修人員應該多研讀電氣圖紙，并且消化吸收，弄清各元器件之間的相互關系及控制信號的來龍去脈，這樣才能在機床發(fā)生故障時，快速、準確判斷故障原因，解除故障，及時恢復生產。

3.1.2根據(jù)電氣原理圖診斷電氣控制系統(tǒng)故障第5頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月例1：某數(shù)控車床，連續(xù)發(fā)生系統(tǒng)故障，每次新的備件換上后使用不到一周就會出現(xiàn)故障，現(xiàn)象都是開機后顯示沒有任何內容的黃色屏幕。分析與處理過程：

檢查機床線路未發(fā)現(xiàn)問題，檢查接地未發(fā)現(xiàn)問題，機床供電電壓正常。新系統(tǒng)更換后機床馬上可以正常工作。仔細觀察機床的加工過程，發(fā)現(xiàn)刀架處有大量的冷卻液，關機后再次認真檢查刀架附近的線路，發(fā)現(xiàn)刀架電機380V電纜和直流24V電纜在刀架下方有接頭，相互間用電工膠布絕緣，當冷卻液進入時，交流電壓進入直流回路使系統(tǒng)損壞。更換有接頭的所有電纜并加強防護，機床至今未發(fā)生類似故障。第6頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月例2：按數(shù)控機床的起動按鈕，顯示器無顯示，數(shù)控裝置無任何輸出。分析與處理過程：1.由電源配置原理圖可知，在各自動空氣開關接通的情況下，開關電源的24V直流電壓經過KA0的常開觸點給數(shù)控裝置供電，由于開關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，則可判斷開關電源故障。3.如果開關電源有直流24V電壓輸出，則測量繼電器觸點的一端L+和開關電源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。第7頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月例3：按下機床起動按鈕，數(shù)控裝置起動，沒有報警顯示，但各進給軸均不動作。分析與處理過程

1.由電源配置原理圖可知，伺服驅動器電源模塊PSM的主回路電源經接觸器KM0的主觸點引入，由下圖可知，KM0線圈的通斷由PSM的內部繼電器觸點控制。

2.在機床正常起動過程中，當數(shù)控裝置起動完成后，PSM內部繼電器觸點接通，應該聽到接觸器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.根據(jù)下圖，使用萬用表測量CX3的1、3引腳，發(fā)現(xiàn)內部觸點已經接通，所以，應該是KM0接觸器線圈的電源故障。

5.經檢查，發(fā)現(xiàn)電源在接線端子排上的導線松動，旋緊后故障排除第8頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月例4：按下機床起動按鈕，數(shù)控裝置起動，沒有報警顯示，但各進給軸均不動作。分析與處理過程

1.由電源配置原理圖可知，伺服驅動器電源模塊PSM的主回路電源經接觸器KM0的主觸點引入，由下圖可知，KM0線圈的通斷由PSM的內部繼電器觸點控制。2.在機床正常起動過程中，當數(shù)控裝置起動完成后，PSM內部繼電器觸點接通，應該聽到接觸器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.使用萬用表測量CX3的1、3引腳，發(fā)現(xiàn)內部觸點已經接通，應該是KM0接觸器線圈的電源故障。5.經檢查，發(fā)現(xiàn)電源在接線端子排上的導線松動，旋緊后故障排除。第9頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)控機床一般在電磁環(huán)境比較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場使用，電磁干擾較大，而且電氣柜中各種電氣部件之間，電源電纜、驅動器的動力電纜、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)控機床能夠穩(wěn)定、可靠地運行，在數(shù)控機床的設計和生產過程中，采取了各種措施提高數(shù)控機床的抗干擾能力。3.1.3數(shù)控機床的抗干擾第10頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

正確連接機床、系統(tǒng)的地線抗干擾措施：第11頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月減少電氣控制系統(tǒng)內部干擾

抑制或減小供電線路的干擾第12頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月例5：某配套FANUC0i-MC的立式加工中心，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行，維修時一般可以先檢查回參考點速度和位置增益的設置。2.經檢查該機床在手動方式下工作正常，參考點減速速度、位置環(huán)增益設置正確，測量編碼器+5V電壓正常，回參考點的動作過程正確。因此，可以初步判定故障是由于編碼器零位脈沖受到干擾而引起的。第13頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月例5：3.在參數(shù)設置正確時，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行檢查：編碼器的供電電壓必須在+5V±0.2V的范圍內，當小于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；參考點減速開關所使用的電源必須平穩(wěn)，不允許有大的脈動。4.進一步檢查發(fā)現(xiàn)，該軸編碼器連接電纜的屏蔽線脫落，重新連接后，參考點定位恢復穩(wěn)定，定位精度達到原機床要求。第14頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月1.除非進行必要的調整和維修，否則不允許隨意開啟電柜，更不允許加工時敞開柜門。2.注意觀察電柜內粉塵堆積情況，定期清潔電柜內的粉塵，定期更換過濾網。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.定期檢查機床的接地是否變差，三相電壓是否平衡。5.定期檢查機床潤滑情況、機械情況、鐵屑清除情況、活動電纜防護情況、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)進行清理，將不用的程序及時刪除。3.1.4電氣控制系統(tǒng)的日常維護第15頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月8.定期更換存儲器用電池9.對機床每一次停機原因進行詳細的記錄10.經常觀察機床的使用情況，及時發(fā)現(xiàn)并制止可能引起機床故障或安全事故的各種違章操作，及時發(fā)現(xiàn)機床出現(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.在每一次長期停機前檢查機床的狀況并做好數(shù)據(jù)存儲工作，在每一次長期停機后的首次開機前認真檢查一遍機床電柜的情況3.1.4電氣控制系統(tǒng)的日常維護第16頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月PLC（programmablelogiccontroller）稱為可編程控制器，獨立的PLC可以作為很多自動化設備的通用控制器,由于其控制功能強、使用方便、性價比高、抗干擾能力強，在工業(yè)現(xiàn)場得到廣泛應用。在數(shù)控系統(tǒng)中，CNC和PLC分工合作完成對數(shù)控機床的控制，PLC主要實現(xiàn)M、S、T指令的處理以及數(shù)控機床的外圍輔助電器的控制，因此，也稱為可編程機床控制器,稱之為PMC（programmablemachinetoolcontroller）。3.2數(shù)控系統(tǒng)中的PLC第17頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月機床操作面板的控制標準操作面板自制的操作面板3.2.1PLC在數(shù)控機床控制系統(tǒng)中的作用1.機床操作面板的控制

第18頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月機床操作面板上的各按鍵、開關信號都是直接進入PLC第19頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月面板上的各種指示燈信號則由PLC的輸出信號控制第20頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月2、機床外部開關輸入信號第21頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3、PLC的輸出信號第22頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月加工程序經CNC譯碼后，將M、S指令信號傳遞給PLC，經過PLC程序的處理，輸出控制信號，控制主軸正反轉和啟動停止等功能。M、S指令完成后，PLC向系統(tǒng)發(fā)出完成信號。需要換刀時，系統(tǒng)送出T指令信號給PLC，PLC程序在數(shù)據(jù)表內檢索，找到T代碼指定的刀號，并與主軸刀號進行比較。如果不符，發(fā)出換刀指令，機床開始換刀，換刀過程中，CNC處于讀入禁止狀態(tài)，不會執(zhí)行加工程序中后續(xù)的指令，只有換刀完成后，PLC向CNC發(fā)出完成信號，CNC才能繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)的加工程序。4、

M、S、T功能實現(xiàn)第23頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月機床側至PMCPMC至機床CNC至PMCPMC至CNC3.2.2

FANUC0i系統(tǒng)中PMC的信息交換CNCPMCMT（機床）YXFG第24頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月FANUCPMC中的信號類型字母信號類型字母信號類型X來自機床側的輸入信號(MT->PMC)C計數(shù)器Y由PMC輸出到機床側的信號(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內部繼電器L標記號A信息顯示請求信號P子程序號第25頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月例如：當按下數(shù)控機床的急停按鈕時，*ESP從機床側送到PLC，輸入地址為X8.4，該地址是CNC生產廠家定義的，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PMC程序使G8.4產生相應的下降沿，如圖所示。當G8.4為“0”時CNC被復位，并使機床處于急停狀態(tài).除急停信號外，還有一些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，對應地址X9.0～X9.3，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第26頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.3西門子802D系統(tǒng)中PLC的信息交換在西門子802D數(shù)控系統(tǒng)中，NCK、PLC、機床三者之間的信息交換和FANUC系統(tǒng)相似，只是具體的表示方法不同。

第27頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月字母信號類型字母信號類型I由機床側輸入到PLC的信號(MT->PLC)T定時器Q由PLC輸出到機床側的信號(PLC->MT)M標志存儲器VNCK和PLC之間的信號(PLC<->NCK)SM特殊狀態(tài)存儲器C計數(shù)器A累加器西門子PLC中的信號類型第28頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月PP72/48模塊的連接如果802D系統(tǒng)帶一塊PP72/48模塊，則可以提供72個輸入信號地址和48個輸出信號地址，如果這些信號地址不夠用，則可以擴展一塊PP72/48模塊，以增加輸入輸出信號的數(shù)量，如圖所示。第29頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月V地址的含義在西門子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。第30頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月例7：V38001000表示數(shù)據(jù)區(qū)內地址為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)控機床第一軸的負限位開關信號。V38011000.0則代表數(shù)控機床第二軸的負限位開關信號，如下表所示。在原理圖中，X軸負限位開關的輸入地址為I1.3，經下圖所示的PLC程序送給V38001000.0，該地址的信號狀態(tài)由PLC送給NCK，NCK使X軸運動停止，并輸出報警信息。第31頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月例：對于西門子802D系統(tǒng)，機床急停信號的輸入地址可以在允許的范圍內由PLC程序編制者或者程序使用者自行定義，例如把急停按鈕的信號與I2.0對應的端子連接，如圖所示梯形圖程序，當急停按鈕按下時，常閉觸點斷開，V26000000.1被置“1”，該信號從PLC送給NCK，使機床處于急停狀態(tài)。V26000000各位的含義如表所示第32頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月與PLC相關的故障主要有三種表現(xiàn)形式有明確的報警信息，通過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進行故障診斷PLC是CNC與數(shù)控機床之間信號傳遞與處理的中間環(huán)節(jié)，機床側的開關、按鍵、傳感器等輸入信號首先送給PLC處理；CNC對機床側的控制信號也要經過PLC傳遞給機床側的繼電器、接觸器、電磁閥、指示燈等電器元件；PLC還要把指令執(zhí)行的結果及機床的狀態(tài)反饋給CNC。第33頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.1

FANUC0i系統(tǒng)通過PMC進行故障診斷

FANUC0i系統(tǒng)提供了強大的系統(tǒng)功能，用于PMC程序的編輯、監(jiān)控及診斷，幫助調試及維修人員快速、準確查找故障原因。

第34頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月FANUCPMC監(jiān)控及診斷畫第35頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月定時器設定畫面第36頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月計數(shù)器設定畫面第37頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)的診斷功能畫面當編程了某個指令，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)內部狀態(tài)。當自動運行停止或暫停時，可以通過診斷號020到025確定系統(tǒng)的內部狀態(tài)。第38頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月診斷號020到025的不同狀態(tài)組合第39頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月例8：一數(shù)控機床在自動運行狀態(tài)中，每當執(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.調出診斷功能畫面，發(fā)現(xiàn)診斷號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，用以確認切削液是否已噴出。在執(zhí)行M8這一指令并確認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的輸入點X2.2，而該點的狀態(tài)為0（有噴淋時應為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未能正常動作所致。3.因此重新調整流量開關的靈敏度，對其動作機構噴上潤滑劑，防止動作不靈活，保證可靠動作。在作出上述處理后，進行試運行，故障排除第40頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月例9：一配備FANUC0i-MC系統(tǒng)的數(shù)控機床，在執(zhí)行G90G01Z0時，無故停止，進行系統(tǒng)復位，再次執(zhí)行到這一段時又停止，無任何報警。分析與處理過程：1.調出診斷功能畫面，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PMC的以下信號為0時機床進入伺服軸互鎖狀態(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為0的原因，和刀架抬起、落下到位的接近開關信號有關。5.檢查兩個接近開關，發(fā)現(xiàn)刀架已落下到位，而抬起到位開關因沾有鐵屑，而發(fā)出誤信號第41頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.2西門子802D系統(tǒng)通過PLC進行故障診斷西門子802D系統(tǒng)提供了強大的系統(tǒng)功能，用于PLC程序的編輯、監(jiān)控及診斷，幫助調試及維修人員快速、準確查找故障原因。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，并可以調試PLC。1第42頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月西門子802D系統(tǒng)的PLC畫面2STEP7連接功能可以使PLC與外部S7-200編程軟件包進行通訊，按[PLC狀態(tài)]軟鍵，顯示PLC狀態(tài)畫面，在相應的輸入?yún)^(qū)輸入符號名稱或者操作地址，屏幕顯示信號的當前值。第43頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月PLC狀態(tài)顯示畫面第44頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月PLC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，并可進行觀察和修改。該畫面缺省設定下顯示3個表：輸入端、標志、輸出端，起始地址為0?？梢酝ㄟ^[編輯板]軟鍵顯示其他區(qū)域，并設定新的起始地址。第45頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月ProgrammingToolPLC802界面考慮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)，為了方便調試維修，則增加了該功能，用戶可以直接打開梯形圖并實時監(jiān)控其運行狀態(tài)，但不能在線編輯、修改梯形圖程序，要借助PLC編程工具軟件ProgrammingToolPLC802，在PC機上進行編輯和修改。第46頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月例10：某臺數(shù)控車床配有八工位電動刀架，刀位檢測開關為霍爾元件，八個刀位1～8對應著802DI/O接口地址I7.0～I7.7。選刀時電機正轉，刀盤松開旋轉，到位后電機反轉，刀盤夾緊，反轉延時斷開。有次執(zhí)行T7選刀指令時，刀盤旋轉不停，結果出現(xiàn)700014號報警，內容為換刀超時。分析與處理過程：700000號以上的報警均為用戶報警，是由機床廠根據(jù)機床的工作要求編制的。802D系統(tǒng)提供了64個位地址，用以最多編制64個用戶報警，如表3-7所示，每個用戶報警號由數(shù)據(jù)區(qū)一個相應的位信號觸發(fā)，例如，產生700014號報警時，則說明其對應的V16000000.4位信號被置“1”，而這些信號的狀態(tài)則由PLC程序決定第47頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月1600送至HMI（人機界面）的信號PLC

HMI(可讀/寫)ByteBit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit01600000070000770000670000570000470000370000270000170000016000001700015700014700013700012700011700010700009700008．．．．．．．．．．．．160000077000637000627000617000607000597000587000577000