郭志業(yè)

（中國(guó)第一重型機(jī)械集團(tuán)公司設(shè)備維修分公司 黑龍江齊齊哈爾）

一、840D數(shù)控系統(tǒng)PLC控制原理

840D數(shù)控系統(tǒng)采用S7-300系列PLC，PLC的CPU集成在840D的NCU單元中，連接方式為從NCU的simatic端口X111連接到PLC模組的IM361上。

通過(guò)STEP7軟件連接到NCU的X122端口上，即可訪問(wèn)PLC的CPU，進(jìn)行硬件組態(tài)和PLC編程。在PLC無(wú)法啟動(dòng)的時(shí)候，用STEP7軟件連接CPU，讀取CPU故障診斷信息，可以有指向性的發(fā)現(xiàn)PLC的故障根源。

二、PLC無(wú)法啟動(dòng)故障原因分析與實(shí)例

1.PLC 程序存在錯(cuò)誤，編譯無(wú)法完成

STEP7的程序語(yǔ)言較復(fù)雜，在編程時(shí)容易出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤、程序沖突、文法不對(duì)等問(wèn)題，這些問(wèn)題下載到CPU內(nèi)時(shí)，就容易發(fā)生PLC啟動(dòng)失敗故障。這類問(wèn)題一般都發(fā)生在機(jī)床調(diào)試時(shí)。

一臺(tái)意大利產(chǎn)數(shù)控深孔鉆大修時(shí)由原來(lái)西門子3ME數(shù)控系統(tǒng)改造為840D數(shù)控系統(tǒng)，將提前編制好的PLC程序一次性下載到CPU后發(fā)現(xiàn)CPU工作停止。由于下載程序前，硬件及CPU運(yùn)行均正常，因此只能是程序錯(cuò)了。于是先全部屏蔽OB1組織塊中調(diào)用的FC塊、FB塊等，只下載調(diào)用了FC2基本功能塊的OB1組織塊，CPU正常工作，然后，一個(gè)一個(gè)地恢復(fù)調(diào)用的功能塊，發(fā)現(xiàn)編制的FC33塊下載后，CPU又停止工作。于是打開(kāi)FC33檢查每句話，發(fā)現(xiàn)其中有一句調(diào)用的接口信號(hào)沒(méi)書(shū)寫(xiě)完全，已有紅字提示，故下載后即引起CPU停止工作。修正錯(cuò)誤后，故障消除。

根據(jù)以上案例，在大修調(diào)試機(jī)床時(shí)，還應(yīng)該一個(gè)塊一個(gè)塊地下載程序，一次性下載所有程序，容易出現(xiàn)由于PLC程序編制的不合理造成不可預(yù)知的情況發(fā)生，給維修帶來(lái)麻煩。

2.硬件連接存在問(wèn)題

IM361與NCU使用的是兩芯屏蔽的Profibus通信電纜進(jìn)行通信，信號(hào)線為紅色、綠色，連接用的插頭是西門子專用的插頭，內(nèi)有標(biāo)識(shí)明確的接線端子。一般來(lái)說(shuō)，按照接線端子接線就不會(huì)出現(xiàn)連接問(wèn)題。但是，不能排除日常使用中線破皮、虛接、斷線等問(wèn)題的出現(xiàn)。

這種故障發(fā)生是有征兆的，比如機(jī)床運(yùn)動(dòng)到固定位置引發(fā)PLC停止工作、操縱盤(pán)上下左右移動(dòng)時(shí)引發(fā)PLC停止工作等等，這類現(xiàn)象多數(shù)都是插頭松動(dòng)或者電纜問(wèn)題引發(fā)的故障。

一臺(tái)德國(guó)科堡公司生產(chǎn)的Multitec 2000數(shù)控動(dòng)梁龍門銑床正常工作中，當(dāng)Y軸開(kāi)動(dòng)時(shí)，頻繁引發(fā)PLC停止報(bào)警，而且，只要報(bào)警就是在一個(gè)比較固定的位置，前后位移相差約100 mm，因此懷疑是profibus電纜隨Y軸鏈條移動(dòng)時(shí)有破皮或者虛接的情況。檢查電纜，發(fā)現(xiàn)有一處線被擠，用電工刀割開(kāi)，發(fā)現(xiàn)有一根信號(hào)線與屏蔽搭上了，處理完畢后，故障消除。

另外在西門子profibus網(wǎng)絡(luò)里，每個(gè)profibus插頭帶一個(gè)終端電阻，一般在網(wǎng)絡(luò)起始和結(jié)尾的插頭處終端電阻設(shè)置為“ON”，在網(wǎng)絡(luò)中間的插頭設(shè)置為“OFF”，如果設(shè)置錯(cuò)誤，也是造成PLC無(wú)法工作的原因之一。

3.硬件組態(tài)與硬件實(shí)物不符

如果PLC帶了多個(gè)從站，每個(gè)從站都有自己的地址，每個(gè)從站帶一個(gè)IM361通信模塊，通信模塊之間用profibus連接，最終連到NCU上。在SETP7中要對(duì)這樣復(fù)雜的硬件結(jié)構(gòu)做組態(tài)，定義每個(gè)模塊的地址。如果硬件組態(tài)與實(shí)際硬件的連接無(wú)法對(duì)應(yīng)，也會(huì)引發(fā)PLC無(wú)法啟動(dòng)。

這種原因引發(fā)的PLC停止也是有征兆的，觀察IM361上的狀態(tài)指示燈，如果紅色報(bào)警燈亮，說(shuō)明該從站的硬件組態(tài)有問(wèn)題。比如型號(hào)不一致、模塊數(shù)量不一致、模塊背后的U形連接器未連接等等都可能造成這個(gè)問(wèn)題。

一臺(tái)數(shù)控龍門銑大修改造，該機(jī)床帶了一個(gè)主站，兩個(gè)從站，其中主站地址為1，從站地址分別為2、3，手動(dòng)配置完硬件組態(tài)并下載后，就發(fā)現(xiàn)主站和3號(hào)從站通信模塊上綠色指示燈亮，而2號(hào)從站紅燈報(bào)警。這說(shuō)明1、3號(hào)站的硬件組態(tài)正確，而2號(hào)站的硬件組態(tài)有問(wèn)題。核對(duì)每個(gè)模塊的型號(hào)、點(diǎn)數(shù)、電壓等級(jí)，未發(fā)現(xiàn)與硬件組態(tài)不符的。用PLC在線訪問(wèn)CPU單元，發(fā)現(xiàn)是2號(hào)站的4號(hào)槽元件有問(wèn)題。將該P(yáng)LC模塊拆下，后面的U形連接器正常，無(wú)奈更換了一塊新PLC模塊，故障消除。再仔細(xì)觀察該P(yáng)LC模塊，發(fā)現(xiàn)這是一塊輸出模塊，前面板被換成了輸入模塊的面板，導(dǎo)致怎么檢查也沒(méi)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

4.PLC輸入點(diǎn)引入強(qiáng)電流或強(qiáng)電壓

PLC模塊具有過(guò)壓或過(guò)流保護(hù)，如果PLC輸入點(diǎn)引入強(qiáng)電流或強(qiáng)電壓，PLC模塊就會(huì)停止工作。導(dǎo)致過(guò)壓或過(guò)流的原因較多，如混線、24 V電源線或PLC信號(hào)線接地等。

如果碰到PLC模塊上的指示燈忽明忽暗或者燈亮得特別暗，有可能是過(guò)壓或過(guò)流了。此時(shí)，只要將PLC的前連接器摘下，排除過(guò)壓或過(guò)流因素，就能看到PLC瞬間啟動(dòng)。

如果外部信號(hào)接地或者24 V電源接地，則需排查各處電源，一點(diǎn)點(diǎn)摘除，最終鎖定故障點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，正在工作的機(jī)床突然PLC停止工作，它會(huì)停在發(fā)生故障的狀態(tài)，這時(shí)要先詢問(wèn)操作者發(fā)生故障時(shí)哪個(gè)軸在運(yùn)動(dòng)，然后查隨著該軸移動(dòng)的電線都有哪些，再順藤摸瓜就不難找到接地點(diǎn)。如果實(shí)在不能明確24 V接地的地方，就從端子排一根一根地摘除電源，找到有問(wèn)題的電源后，送電，在屏幕上讀取各部分狀態(tài)或者讀報(bào)警，也能有指向性的發(fā)現(xiàn)故障的根源。

一臺(tái)意大利PAMA公司生產(chǎn)SPEEDRAM II型160數(shù)控鏜床，在工作中突然發(fā)生PLC停止故障。現(xiàn)場(chǎng)操作者反映故障發(fā)生時(shí)3軸正在聯(lián)動(dòng)，每個(gè)軸都在動(dòng)，無(wú)法確定具體問(wèn)題在哪個(gè)軸上。于是在電柜端子排上摘除電源線，確定了一根電源線有問(wèn)題。先不接這根電源線，送電，PLC啟動(dòng)，進(jìn)入系統(tǒng)界面，發(fā)現(xiàn)有多個(gè)報(bào)警，全部與Y軸有關(guān)，可以確定這根電源線是去Y軸的，檢查Y軸拖鏈及各部分限位、壓力點(diǎn)等，發(fā)現(xiàn)Y軸正向限位24 V電源線在接線盒處破皮接地，處理后，故障消除。

5.數(shù)據(jù)循環(huán)檢測(cè)故障

如果發(fā)生了PLC停止或者PLC無(wú)法啟動(dòng)的故障，上述問(wèn)題排查后都不能解決，可以懷疑是由于機(jī)床長(zhǎng)期運(yùn)行，內(nèi)存緩存內(nèi)冗余數(shù)據(jù)太多，循環(huán)檢測(cè)數(shù)據(jù)溢出，導(dǎo)致了故障發(fā)生。此時(shí)，可以做PLC總清或者用STEP7軟件做硬件復(fù)位來(lái)嘗試消除故障。

PLC總清操作步驟如下：

（1）將PLC啟動(dòng)開(kāi)關(guān)S4→“2”，此時(shí)PS燈會(huì)亮；

（2）S4→“3”并保持3 s等到PS燈再次亮，此時(shí)PS燈滅了又再亮；

（3）在 3 s之內(nèi)，快速地執(zhí)行下述操作 S4：“2”→“3”→“2”，此時(shí)PS燈先閃，后又亮，PF燈亮（有時(shí)PF燈不亮）；

（4）等 PS和 PF燈亮了，S4→“0”，此時(shí) PS和 PF燈滅，而PR燈亮。

用STEP7做硬件復(fù)位的方法：首先用STEP7軟件訪問(wèn)PLC的CPU，然后在主菜單上選擇PLC→診斷/設(shè)置→清除/復(fù)位，然后按提示操作即可。

做完P(guān)LC總清或者硬件復(fù)位后，將提前備份好的PLC程序重新下傳即可。如果做完這項(xiàng)工作后，故障未消除，則應(yīng)考慮如下第六種原因。

6.硬件故障

沒(méi)有不壞的硬件，如果窮盡所有辦法無(wú)法解決問(wèn)題，則更換硬件。作為維修人員，應(yīng)不定期地備份機(jī)床數(shù)據(jù)和程序，在系統(tǒng)內(nèi)和辦公電腦上都留下備份數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)過(guò)時(shí)或者丟失。