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PLC技术在数控机床故障诊断的运用
来源:江苏省陶都中等专业学校 作者:邢洁林   发表时间:2020/11/29 20:50:00  浏览次数:
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摘要:对数控机床故障进行诊断,应用PLC技术在故障诊断中的运用原理找出故障存在的原因,进而排除故障,为制造企业开展故障管理提供技术帮助。

关键词:PLC技术;数控机床;故障诊断

PLC通过与CNC装置的联系,完成数控机床的控制,二者间联系方式有两种:其一是与CNC装置综合设计,配合使用;其二是独立完成CNC装置的控制任务。在数控机床运行中,PLC向CNC装置发送控制指令,控制数控机床的动作,并接收数控机床传递的逻辑信号,了解数控机床的运行参数与状况,及时发现异常,进行故障诊断。

1PLC技术在数控机床故障诊断中的运用

基于PLC与数控机床CNC装置的不同联系方式,PLC技术的故障诊断原理不同,不同原理对应不同的故障诊断方法,适用于数控机床的多种故障,可实现高效精准的故障诊断,保障数控机床的稳定运行。细化来说,PLC技术的故障诊断原理如下:第一,基于故障信号诊断。数控机床和传统机床的本质差异在于其内置的控制系统,可进行故障自诊断,在数控机床运行出现异常后,发出报警信号。PLC技术可根据报警信号的内容,对比数控机床的故障信息代码,实现数控机床故障的准确定位。第二,基于I/O状态诊断。在PLC控制数控机床的过程中,数控机床、PLC和CNC装置间的通信由I/O接口来实现,I/O接口状态可体现数控机床的运行状况,PLC技术可根据I/O状态判断数控机床是否出现故障,分析故障部位和故障原因。第三,基于梯形图诊断。梯形图是PLC最常用的编程语言,在PLC技术应用基础上,梯形图可体现数控机床的动作顺序、联锁关系、I/O状态的变化等内容。在数控机床出现故障时,根据I/O状态或标志位,分析故障原因,准确定位故障位置[1]。第四,基于器件原理诊断。在数控机床运行中,PLC通过开关量的控制实现顺序逻辑控制,根据元器件的运行原理,掌握元器件的动作顺序。在数控机床出现故障后,PLC可将故障时的顺序和正常顺序对比,结合梯形图的内容,明确故障位置和原因,完成故障诊断。

2PLC技术在数控机床故障诊断中的运用案例

2.1PLC技术的故障诊断流程

根据不同PLC技术的故障诊断原理,数控机床的故障诊断流程不同。通常来说,运维人员需根据是否存在故障报警信号,采取相应的故障诊断流程。对于存在报警信号的故障,运维人员需根据维修手册,判断故障报警信号对应的故障类别,初步判断故障位置;再查找该故障位置对应的PLC模块,了解其运行程序,明确逻辑关系;最后进行现场分析,检查故障区域各个元器件的I/O状态,如果I/O状态与数控机床正常运行时相同,则表明无故障;反之,则确定该元器件为故障点[2]。对于不存在报警信号的故障,运维人员需根据数控机床的运行原理与动作顺序,分析故障现象,对比维修手册,初步判断故障位置;再根据PLC的梯形图,检测故障区域各个元器件的信号,查找具体故障位置。必要时运维人员可通过机外PLC执行梯形图,在线检测数控机床,定位故障位置。在明确故障点后,运维人员需采取针对性措施排除故障,并将故障表现、故障原因、故障位置、排除措施等内容编写为故障维修记录,为后续数控机床故障管理提供参考。

2.2案例分析

下面介绍两种不同故障,阐述存在或不存在故障报警信号时,运维人员的数控机床故障诊断流程,为PLC技术在数控机床故障诊断中的运用提供经验参考。2.2.1存在报警信号故障在某数控机床运行中,接收到换刀指令后未动作,机械臂仍旧处于行程中间位置,此时CRT显示故障报警信号。运维人员在接收到报警信号后,根据维修手册的内容,查找该信号对应的故障为“刀库换刀位置错误”,结合该数控机床换刀系统的运行原理与动作顺序,运维人员初步判断故障位置在换刀位置与刀库2之间;然后,运维人员查询PLC的I/O状态,发现输入接口并未接收到信号,使得数控机床未按照指令换刀。就此,可总结两项故障原因:其一,刀库的接近开关失灵;其二,液压或机械故障,导致检测开关未检测到运动部件的信号。根据上述两种原因,运维人员依次排查,查找具体故障位置。首先,检查接近开关,显示部件运行正常;其次,检查机械臂,发现电磁阀能够正常控制机械臂,表明不存在液压或机械故障。上述两项故障原因均不成立,运维人员判断故障原因为操作不当或PLC程序参数问题。对比《操作手册》发现,该数控机床设置的操作换刀时间,不符合PLC的标准要求,导致PLC程序在数控机床运行中执行措施,出现报警信号。在明确故障原因后,运维人员修正操作换刀时间,数控机床投入运行后,表现正常,故障顺利排除。2.2.2不存在报警信号故障在某数控机床切削加工时,突然停止工作,并出现CRT报警。操作人员对数控机床进行关机暂停再开机操作后,数控机床正常运行。但在正常运行一段时间后,又出现突然停止工作的现象,此时未出现报警信号。针对该问题,运维人员结合数控机床第一次出现的报警信号,初步判断故障位置在主轴单元,认为PLC在向CNC装置发送控制指令时,输出口可能存在主轴故障信号。为明确故障原因和位置,运维人员调用主轴单元位置的梯形图。观察梯形图发现,故障时数控机床的X805、E3F6等继电器保持正常运行状态,R010表现为断电状态。结合故障现象和数控机床运行原理,运维人员认为主轴位置的51X触点闭合,导致X085继电器和T010出现吸合现象,使得R010断电,引发故障。在数控机床运行中,51X触点闭合的原因在于主轴单元的电机过热,导致该现象的原因有两种,其一是切削参数不合理,如切削速度或深度大等,导致电机工作电流过大,超过标准范围;其二是电机散热不良,如风冷电机故障等。在明确故障原因后,运维人员依次排查,发现数控机床的切削参数符合规范要求,电机工作电流处于标准范围内,而风冷系统中的风道灰尘过多,判断灰尘阻碍风道散热,是导致故障的主要原因,在清除风道位置的灰尘后,数控机床正常运行,故障顺利排除。

3数控机床故障诊断新方法

在技术不断创新升级的背景下,出现了多种数控机床诊断方法与技术,行业专家将以太网、人工智能、神经网络等技术引入数控机床诊断中,提高数控机床故障诊断效率。以神经网络为例,技术人员可构建RBF机床故障诊断系统,利用RBF神经网络的模型,构建观测器,实现数控机床故障的非参数辨识,其辨识流程如下图1所示。

4结论

综上所述,在数控机床故障诊断中,PLC技术可根据故障信号、I/O状态或梯形图完成故障诊断。在应用PLC技术进行故障诊断时,需根据故障表现,选择故障诊断方法,按照规范流程查找故障,采取针对性排除措施,并做好故障维修记录,保障数控机床的稳定可靠运行。

参考文献:

[1]刘江涛,王帅.数控机床常见的故障与基本处理技术分析[J].科学咨询(科技·管理),2020(2):65.

[2]张瑞浠.数控机床故障诊断技术的研究现状及未来的发展趋势[J].中国设备工程,2019(2):77-78.

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