機(jī)床PLC改造過程中的故障診斷

　　PLC(可編程序控制器)以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單、使用方便、控制程序可變、體積小、功能強(qiáng)等特點，得到了廣泛應(yīng)用。
　　我國20世紀(jì)90年代以前生產(chǎn)的機(jī)床、軋機(jī)、噴涂生產(chǎn)線等機(jī)電設(shè)備，普遍采用繼電器控制，由于繼電器的自身特點，對電氣元件故障的識別能力較弱。為了提高控制系統(tǒng)的可靠性和機(jī)床的加工效率，采用PLC對控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，取得了一定效果。但在采用PLC對原有繼電器控制的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行改造的過程中，除了考慮完成系統(tǒng)工作所需要的控制功能以外，還非常有必要考慮機(jī)床電氣元件本身故障的自動識別和處理。

　　一、機(jī)床電氣系統(tǒng)進(jìn)行PLC改造的基本方法

　　利用PLC改造機(jī)床電氣系統(tǒng)，可大大簡化電氣線路。它的設(shè)計方法是，將各個電氣元件直接與PLC的各個輸入、輸出端口相連，元件之間的連接關(guān)系，以及各線圈的狀態(tài)由邏輯程序確定，元件之間不存在直接的串聯(lián)或并聯(lián)，所以線路簡單，而邏輯關(guān)系由程序確定，維護(hù)和設(shè)計比較容易。

　　1.1　電氣元件與PLC的硬件連線

　　電氣元件與PLC的連線主要就是將控制電路所需要的各開關(guān)、按鈕、繼電器觸點、接觸器輔助觸點等連到PLC的輸入端口，并確定各觸點對應(yīng)的端口號，1個元件的多個觸點一般只需要連接1個輸入口。繼電器線圈、接觸器線圈、電磁閥線圈、指示燈、照明燈等耗能元件連接輸出端口，然后建立輸入、輸出端口分配表，各端口號將是邏輯程序進(jìn)行邏輯運算的重要邏輯量。

　　1.2　邏輯程序設(shè)計

　　在將各元件與PLC的端口連接以后，還需要編寫邏輯程序，確定各輸出端口得電、失電的邏輯條件，從而控制各輸出端口對應(yīng)耗能元件的狀態(tài)。邏輯程序的編寫應(yīng)根據(jù)機(jī)床的控制要求和原來繼電器控制線路中的邏輯關(guān)系進(jìn)行。PLC在運行時，能夠采集各輸入端口的狀態(tài)，并根據(jù)建立的邏輯程序進(jìn)行邏輯運算，然后控制各輸出端口，使與輸出端口相連接的各線圈得電或斷電，從而控制電動機(jī)、液壓系統(tǒng)和其他電氣元件工作，即通過開發(fā)邏輯程序代替原來元器件間的串、并聯(lián)接線。

　　采用上述方法可以完成機(jī)床工作所需要的控制要求，結(jié)合PLC的功能特點，可以考慮在已有的元器件基礎(chǔ)上通過編寫邏輯程序或者根據(jù)需要添加少量元件就能實現(xiàn)機(jī)床的故障自診斷，這對于提高機(jī)床的可靠性、高效性、易維護(hù)性、避免事故的進(jìn)一步發(fā)生是非常有利的。

　　二、故障的自診斷設(shè)計

　　2.1　開關(guān)信號量的故障診斷設(shè)計

　　PLC控制機(jī)電設(shè)備時，設(shè)備中的開關(guān)、按鈕、繼電器的觸點等開關(guān)信號與PLC的輸入端口相連，每個輸入端口在PLC的內(nèi)存中為1個地址。通過讀取PLC輸入位的狀態(tài)值作為識別開關(guān)量故障信號的依據(jù)。診斷開關(guān)量故障的實質(zhì)是將PLC正常的輸入位狀態(tài)值與相應(yīng)輸入位的實際狀態(tài)值作比較:如果二者比較的結(jié)果是一致的，則表明設(shè)備處于正常工作狀態(tài)；若不一致，則表明對應(yīng)輸入位的元件處于故障狀態(tài)。下面就常用的幾種診斷方法作一敘述。

　　2. 1. 1　邏輯錯誤故障檢測診斷法

　　在機(jī)床設(shè)備正常工作的情況下，控制系統(tǒng)的各個輸入、輸出信號和內(nèi)部繼電器的信號之間存在確定的邏輯關(guān)系，一但輸入元器件發(fā)生故障，就會引起邏輯錯誤，控制系統(tǒng)不能按設(shè)計的要求進(jìn)行工作。在這種情況下，我們可以根據(jù)元器件發(fā)生的故障，建立元器件故障發(fā)生時的邏輯關(guān)系。因此，一旦故障發(fā)生，就能作出相應(yīng)的警告和處理，如停止進(jìn)給，停止主軸轉(zhuǎn)動等。

圖1所示的組合機(jī)床滑臺工作時檢測3個行程開關(guān)X00l(起點)， X002 (快進(jìn)終點)，X003(工進(jìn)終點)是否正常的邏輯程序。Y030， Y031，Y032表示快進(jìn)、工進(jìn)、快退。表示在任何一個工作狀態(tài)下，這3個行程開關(guān)任何2個都不應(yīng)該同時閉合，如果同時閉合，則表示有行程開關(guān)失靈的故障發(fā)生，應(yīng)該進(jìn)行停機(jī)檢查。
　　2. 1. 2　附加觸點連接診斷法

　　在進(jìn)行機(jī)床的PLC改造時，往往只是根據(jù)系統(tǒng)控制的需要，接入最必需的外部輸入元器件觸頭，這可以節(jié)約輸入點數(shù)。但為了提高系統(tǒng)的可靠性，可以考慮把一些非常重要的元器件的常開觸點和常閉觸點分別接到PLC的2個輸入點，并在軟件部分加上相應(yīng)的檢測判斷程序，以實現(xiàn)在出現(xiàn)卡死或失效時能準(zhǔn)確找出故障所在。

　　如在電氣控制系統(tǒng)中有一中間繼電器K，其一常開觸點與X401輸入端口相連，為了能夠自動判斷繼電器K是否卡死或失效，現(xiàn)將其常開觸點與X401相連，另一常閉觸點與X402相連，如果卡死或發(fā)生失效，在繼電器K線圈得電時，常閉觸點斷開了，但常開觸點沒有閉合；我們可采用圖2的邏輯關(guān)系進(jìn)行檢測，即可發(fā)現(xiàn)故障。所以，在端口數(shù)量有多余的時候，多串入1個常閉觸點，有利于準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)故障。