可編程序控制器(Programmable Logic Controller，簡(jiǎn)稱PLC)，是以微處理器為核心，綜合了自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，專門為工業(yè)應(yīng)用環(huán)境而設(shè)計(jì)的功能強(qiáng)大的新型通用控制器。即相當(dāng)于一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)與微型計(jì)算機(jī)相同。

　　PLC作為數(shù)控機(jī)床的主要組成部分，是連接機(jī)床數(shù)控裝置(CNC)和機(jī)床側(cè)(MT)之間的橋梁。CNC和PLC協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床的控制。其中，CNC主要完成與數(shù)字運(yùn)算和管理等有關(guān)的功能，如零件程序的編輯、插補(bǔ)運(yùn)算、譯碼、位置伺服控制等。

　　PLC主要完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)的一些動(dòng)作，沒(méi)有軌跡上具體要求；同時(shí)控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，如工件的裝夾、刀具的更換、冷卻液的開(kāi)關(guān)等一些輔助動(dòng)作；它還接受機(jī)床操作面板的指令，一方面直接控制機(jī)床的動(dòng)作，另一方面將一部分指令送往CNC用于加工過(guò)程的控制。

　　下面以FANUC系統(tǒng)的內(nèi)裝式可編程序控制器(PMC)為例，說(shuō)明PLC在數(shù)控機(jī)床中作用。

1 PLC在數(shù)控機(jī)床中的作用

　　PLC在數(shù)控機(jī)床中的作用可以歸納為以下兩方面：

　　1.1實(shí)現(xiàn)CNC側(cè)和MT側(cè)的輸入/輸出信號(hào)的處理

　　(1)CNC側(cè)到MT側(cè)的PLC信號(hào)。CNC數(shù)據(jù)經(jīng)PLC處理后通過(guò)接口送至MT側(cè)，其信號(hào)有S、r、肘等功能代碼。

　　S功能處理——主軸轉(zhuǎn)速可以用S二位代碼或S四位代碼直接指定轉(zhuǎn)速，如某數(shù)控機(jī)床主軸的最高、最低轉(zhuǎn)速分別為3 150 r/min和20 r/min，CNC送出S四位代碼至PLC將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)后送到限位器，當(dāng)Is代碼大于3150 r/min時(shí)，限制S為3150r/min，當(dāng)S代碼小于20 r/min時(shí)，限制S為20r/m，此數(shù)值送到D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成20 r/min一3150 r/min相對(duì)應(yīng)的輸出電壓，作為轉(zhuǎn)速指令控制主軸的轉(zhuǎn)速。

　　T功能處理——數(shù)控機(jī)床通過(guò)PLC可管理刀庫(kù)，進(jìn)行自動(dòng)刀具交換。處理過(guò)程是CNC送出r代碼指令給PLC，PLC經(jīng)過(guò)譯碼，在數(shù)據(jù)表內(nèi)檢索，找到r代碼指定的新刀號(hào)所在的數(shù)據(jù)表的表地址，并與現(xiàn)行刀號(hào)進(jìn)行判別比較，如不符合，則將刀庫(kù)回轉(zhuǎn)指令發(fā)送給刀庫(kù)控制系統(tǒng)，直到刀庫(kù)定位到新刀號(hào)位置，刀庫(kù)停止回轉(zhuǎn)，并準(zhǔn)備換刀。

　　M功能處理——M功能是輔助功能，根據(jù)不同的肘代碼，可控制主軸的正、反轉(zhuǎn)和停止，主軸準(zhǔn)停，切削液的開(kāi)、關(guān)，卡盤的夾緊、松開(kāi)及換刀機(jī)械手的取刀、歸刀等動(dòng)作。

　　(2)MT側(cè)到CNC側(cè)的PLC信號(hào)。從MT側(cè)輸入的開(kāi)關(guān)量經(jīng)PLC邏輯處理傳送到CNC裝置中，MT側(cè)傳送給PLC的信息，主要是機(jī)床操作面板上各開(kāi)關(guān)、按鈕等信息，包括機(jī)床的啟動(dòng)、停止、工作方式選擇倍率選擇，主軸的正、反轉(zhuǎn)和停止，切削液的開(kāi)、關(guān)，卡盤的夾緊、松開(kāi)，各坐標(biāo)軸的點(diǎn)動(dòng)，換刀及行程限位等開(kāi)關(guān)信號(hào)。

　　1.2用PLC梯形圖診斷故障

　　數(shù)控機(jī)床的報(bào)警有兩種：CNC報(bào)警和PLC報(bào)警。其中，CNC報(bào)警是由數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家固化的，具體的診斷和處理方法，查找專用報(bào)報(bào)警說(shuō)明；而PLC報(bào)警則是由機(jī)床制造廠根據(jù)機(jī)床的電氣控制特點(diǎn)，結(jié)合PLC程序的邏輯關(guān)系，將一些能夠反映機(jī)床接口電氣控制的故障或操作信息，以特定的報(bào)警號(hào)，文字顯示在CRT上，針對(duì)這類報(bào)警，可以采用梯形圖來(lái)處理故障。

　　用梯形圖診斷故障，是根據(jù)機(jī)床操作或CNC執(zhí)行的加工程序指令檢查PMC的輸入，輸出信號(hào)狀態(tài)，判斷接線或強(qiáng)電柜的繼電器、閥、開(kāi)關(guān)及按鈕等的故障。在梯形圖上把某信號(hào)置“I”，則梯形圖中相應(yīng)地址的圖標(biāo)就顯得非常明亮?！獋€(gè)網(wǎng)格動(dòng)作時(shí)，該網(wǎng)格就非常明亮。假如實(shí)際操作按下某一按鈕時(shí)，發(fā)現(xiàn)梯形圖中該信號(hào)的圖標(biāo)不明亮，則應(yīng)檢查該信號(hào)的接線及按鈕本身，或檢查有關(guān)信號(hào)的順序，即可找出故障。

　　具體操作，是按系統(tǒng)功能鍵SYSTEM，再按系統(tǒng)操作軟件[PMC】就會(huì)顯示PMC功能畫(huà)面，按軟件PMCLAD，梯形圖就會(huì)出現(xiàn)顯示器上，如果顯示器為單色顯示器CRT，梯形圖顯示畫(huà)面中，信號(hào)接通為亮線顯示，信號(hào)斷開(kāi)為暗線顯示，彩色顯示器的接通和斷開(kāi)可由用戶設(shè)定不同的顏色對(duì)比來(lái)確定。在梯形圖的下面對(duì)應(yīng)有如下軟鍵功能：

　　先按【F—SRCH】，再按相應(yīng)的功能指令號(hào)，就顯示對(duì)應(yīng)的功能指令。

　　例如，若手動(dòng)按下主軸正轉(zhuǎn)按鈕x1.3，則M03(R1.3)=1，主軸正向轉(zhuǎn)動(dòng)。若按下x1.3時(shí)主軸并未正轉(zhuǎn)，則應(yīng)檢查R0001.3是否為l，為1時(shí)梯形圖中的R0001．3圖標(biāo)顯得比較亮。若不是，則需檢查接線是否斷開(kāi)，否則應(yīng)更換按鈕?，F(xiàn)場(chǎng)維修只須根據(jù)梯形圖檢查機(jī)床的電磁閥、按鈕、繼電器、開(kāi)關(guān)等硬件以及接線。用梯形圖診斷機(jī)床故障清晰、簡(jiǎn)單，是維修中最常用的方法。

2 PLC的故障診斷

　　數(shù)控機(jī)床的PLC自身故障率很低。PLC方面的故障多數(shù)出現(xiàn)在輸入、輸出電路，當(dāng)數(shù)控機(jī)床的故障涉及PLC方面時(shí)，多表現(xiàn)為以下幾種：

    2.1發(fā)生故障時(shí)CNC報(bào)警

　　當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)報(bào)警指出是哪一個(gè)器件出現(xiàn)問(wèn)題，根據(jù)報(bào)警信息直接找到故障，CNC和PLC之間的通信功能非常強(qiáng)大，隨著數(shù)控系統(tǒng)功能不斷完善，特別是自診斷技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的數(shù)控機(jī)床具有更完備的故障報(bào)警功能。

2.2有CNC故障顯示，但不反映故障的真正原因

　　一些數(shù)控機(jī)床的故障診斷功能不完善，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，CNC報(bào)警只能指出故障部位。這樣維修人員可以根據(jù)PLC的梯形圖和輸入，輸出狀態(tài)信息，來(lái)分析和判斷故障的原因。例如：一臺(tái)配備FANUC—仉系統(tǒng)的某數(shù)控車床，當(dāng)腳踏尾座開(kāi)關(guān)使套簡(jiǎn)頂尖頂緊工件時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警。其尾架套筒的PLC開(kāi)關(guān)輸入如圖1所示。

　　故障診斷——在系統(tǒng)診斷狀態(tài)下，調(diào)出PLC輸入信號(hào)，發(fā)現(xiàn)腳踏向前開(kāi)關(guān)輸入X04．2為“l(fā)”，腳踏尾座轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)輸入X17.3為“1”，潤(rùn)滑油供給正常使液位開(kāi)關(guān)輸入X17.6為“1”。調(diào)出PLC輸出信號(hào)，當(dāng)腳踏向前開(kāi)關(guān)時(shí)，輸出Y49．0為“1”，同時(shí)，電磁閥YV4.1也得電，這說(shuō)明PLC輸入、輸出狀態(tài)均正常。

    圖2是尾座套筒液壓系統(tǒng)。當(dāng)電磁閥YV4．1通電后，液壓油經(jīng)減壓閥、節(jié)流閥和液控單向閥進(jìn)入尾座套筒液壓缸，使其向前頂緊工件，壓力繼電器常開(kāi)觸頭接通。松開(kāi)腳踏開(kāi)關(guān)后，電磁換向閥處于中間位置，油路停止供油。由于液控單向閥的作用，尾座套筒向前時(shí)的油壓得到保持，該油壓使壓力繼電器常開(kāi)觸頭接通，系統(tǒng)PLC輸入信號(hào)X00.2為“l(fā)”。但是檢查系統(tǒng)PLC輸入信號(hào)X00．2則為“0”，說(shuō)明壓力繼電器有問(wèn)題。

　　經(jīng)驗(yàn)查，壓力繼電器SP4.1開(kāi)關(guān)觸頭損壞，油壓信號(hào)無(wú)法接通，從而造成PLC輸入信號(hào)為“0”，系統(tǒng)認(rèn)為尾座未頂緊而產(chǎn)生報(bào)警。更換新的壓力繼電器，調(diào)整觸點(diǎn)壓力，使其在向前腳踏開(kāi)關(guān)動(dòng)作后接通并保持到壓力取消，故障排除。

　　2.3沒(méi)有任何提示

　　因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)沒(méi)有該故障方面的檢測(cè)，CNC沒(méi)有任何提示顯示。維修人員不知從何下手，只能根據(jù)數(shù)控機(jī)床的具體故障現(xiàn)象，綜合分析判斷。例如：某立式加工中心換刀臂平移至C時(shí)，無(wú)拔刀動(dòng)作。圖3是自動(dòng)換刀控制示意圖。

　　ATC工作的起始動(dòng)作狀態(tài)，是主軸保持要交換的舊刀具，換刀臂在B位置。換刀臂在上部位置，刀庫(kù)已將要交換的新刀具定位。

　　自動(dòng)換刀的順序?yàn)椋簱Q刀臂左移(B→A)→換刀臂下降→(從刀庫(kù)拔刀)→換刀臂右移(A→B)→換刀臂上升→換刀臂右移(B→C)，抓住主軸中的刀具主軸液壓缸下降(松刀)→換刀臂下降(從主軸拔刀)→換刀臂旋轉(zhuǎn)1800倆刀具交換位置)→換刀臂上升(抓刀)→換刀臂左移(C→B)→刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)(找出舊刀具位置)→換刀臂左移(B→A)，返回舊刀具位置換刀臂右移(A→B)→刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)(尋找下一把刀具)。

　　換刀臂平移至C位置，無(wú)拔刀動(dòng)作。引起此故障有以下幾種可能：
　　(1)SQ2無(wú)信號(hào)，使松刀電磁閥YV2末勵(lì)磁，主軸仍處于抓刀狀態(tài)，換刀臂不能下移。

　　 (2)松開(kāi)接近開(kāi)關(guān)SQ4無(wú)信號(hào)，則換刀臂升降電磁閥TYl狀態(tài)不變，換刀臂不能下降。

　　(3)電磁閥有故障，接到控制信號(hào)不能動(dòng)作。經(jīng)檢杏發(fā)現(xiàn)確實(shí)是SQ4未發(fā)信號(hào)，對(duì)SQ4進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)其感應(yīng)間隙6過(guò)大，導(dǎo)致接近開(kāi)關(guān)無(wú)信號(hào)輸出，產(chǎn)生動(dòng)作障礙。調(diào)整感應(yīng)間隙占換刀動(dòng)作正常，故障得以排除。

3 結(jié)束語(yǔ)

　　機(jī)床報(bào)警的處理方法很多，PLC程序法的適應(yīng)性較廣泛。由于PLC程序法是機(jī)床制造廠根據(jù)機(jī)床電氣控制部分的特點(diǎn)而編制設(shè)計(jì)的，其等效于傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制系統(tǒng)，所以此方法簡(jiǎn)單明了，便于維修人員掌握運(yùn)用。