摘要：以制造商在生产线上的ＦＡＮＵＣ数控机床及设备常见系统故障报警为例，结合ＰＭＣ程序Ｇ、Ｆ、Ｘ、Ｙ逻辑控制信号分析问题，借助电气图纸查找故障根源，提出解决该类数控设备报警的解决方法，缩短维修时间以保证设备的正常运行。
关键词：数控技术；ＦＡＮＵＣ；ＰＭＣ；故障诊断
引言：随着数控技术在加工制造业中的广泛应用，数控设备故障判断与维修也越来越重要，熟练掌握数控设备故障诊断和维修方法已经成为机电、电气行业一线操作者必备的技能之一。ＰＭＣ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＭａｃｈｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）即数控设备内置式ＰＬＣ控制技术，作为数控设备的重要组件，在实现高效自动化作业的同时，对大量输人和输出信号逻辑关系的处理起到了至关重要的作用，为数控设备的故障诊断提供参考。
１ＰＭＣ原理与作用
数控机床是具有多种方式控制的自动化运行设备，主要釆用数字控制和顺序控制两种方式，前者主要对各坐标轴的位置进行连续控制，表现为轴的移动距离、插补计算和补偿控制。后者是指数控机床在运行过程中，以ＣＮＣ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌ）系统内部和各行程开关、接近开关、按钮和继电器等开关量信号状态为条件，对主轴单元实现正转和反转控制、换刀及机械手程序或机械控制、工作台单步或连续交换、切削液开关和润滑系统手动或自动顺序控制，这些都需要经ＰＭＣ来实现。通过对ＰＭＣ程序的周期扫描，进行数控设备系统侧、机床侧及外围辅助电气部分的逻辑顺序控制和急停控制，一般可将数控机床分为数控系统侧和机床设备侧两大部分。数控系统侧包括ＣＮＣ系统的硬件和软件，与ＣＮＣ系统连接的外围设备如显示器（ＨＭＩ），编辑操作面板（ＭＤＩ）、手持单元（ＨＨＵ）等。机床设备侧包括机床机械部分及其液压、气压、冷却、润滑、排屑等辅助装置、继电器线路、机床强电线路等。ＰＭＣ处于数控系统侧与机床设备侧之间，对数控系统侧和机床设备侧的输入、输出信号进行处理。
2FANUC数控系统结合PMC常见故障及诊断
根据电气维修经验判断，机床侧的输入传感器、ＰＭＣ输出中间继电器、电磁阀等元件是出现故障报警概率较高的部件。
2.1根据报警号诊断故障
ＦＡＮＵＣ系统的报警主要分为内部报警和外部报警。内部报警是ＦＡＮＵＣ系统根据所控制的对象，如串行主轴放大器、伺服放大器、数控系统本体等组件的运行状态产生相应的报警信息，这类报警是系统本身所固有的。系统外部故障主要指由误操作检测开关、液压元件、气动元件、电气执行元件、机械装置等出现问题引起的故障[1]。设备制造商根据外部辅助设备的相关动作，通过ＰＭＣ程序输出报警状态和操作信息，借用内部地址Ａ０￣Ａ２４９作为信息请求寄存器，产生外部报警信息文本。
2.2观察ＰＭＣ状态确定信号变化
外部报警可通过报警信息查找故障原因，床附件控制维修人员可通过报警信息和ＰＭＣ梯图来发现故障点。通过观察ＰＭＣ状态，判断开关量是否已输入或已输出，在ＭＤＩ方式一ＰＭＣ基本菜单—［ＰＭＣＤＧＮ］—［ＳＴＡＴＵＳ］界面输人开关量或直接观察梯形图相应开关量的通断，逻辑为“１”时表示机床侧、ＣＮＣ侧连接正常；为“０”时则检查外部电路。数控机床中，输人、输出信号的传递一般通过ＰＭＣ接口实现。因此，大多故障可在ＰＭＣ的Ｉ／Ｏ接口通道中得到反映。
2.3根据动作顺序诊断故障
数控机床上自动换刀动作按一定顺序来完成，可观察机械装置的运动过程，通过对比发现可疑点，进而诊断故障原因。循环启动按钮触发后，ＣＮＣ负责并接收Ｇ地址信号，由ＰＭＣ读入其地址Ｘ信号，接通Ｇ７．２，Ｇ７．２输出为“１”时，执行加工程序[2]。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆垂直重力轴制动器松开的条件是伺服上电，此时由ＣＮＣ给出状态信号Ｆ０．６接通，ＰＭＣ输出地址Ｙ信号为“１”时，制动器松开。如因某种原因导致伺服断电，伺服准备就绪信号Ｆ０．６则为“０”，制动器抱紧。
2.4动态跟踪梯形图诊断故障
数控机床某些报警信息并未直接反映出报警原因，另有一些故障无报警信息，却致使动作不被执行，此时可通过跟踪ＰＭＣ梯形图的实时运行情况诊断。ＦＡＮＵＣ系统的ＰＭＣ可直接在系统显示监控画面。ＰＭＣ的诊断分动态和静态两种，在诊断时应先确定ＰＭＣ为运行状态。静态诊断即查看梯形图Ｉ／Ｏ模块的连接状况和查看ＰＭＣ各个信号的ＯＮ／ＯＦＦ状态。动态诊断，是指梯形图（ＬＡＤＤＥＲ）正常运行，执行动作却不正常；ＰＭＣ发生故障报警时，出现误动作，查看输入、输出信号均正常，此时必须通过ＰＭＣ动态跟踪，实时观察Ｉ／Ｏ及标志位状态的瞬间变化，根据ＰＭＣ的动作原理做出诊断。
3ＰＭＣ故障实例
以ＦＡＮＵＣ３１Ｉ—ＭＡ系统为例，设备在使用过程中，常见问题为急停回路故障，电源模块ＭＣＣ无法吸合，显示“紧急停止”（ＥＭＥＲＧＥＮＣＹ ＳＴＯＰ）状态。由于急停输入信号为固定地址Ｘ８．４，故机床出现急停故障时，应围绕Ｘ８．４和Ｇ８．４信号进行分析诊断。数控机床上ＣＮＣ与ＰＭＣ控制器，前者处理连续量轨迹插补运动，后者处理开关量动作[3]。急停操作针对所有动作，按下机床操作面板上的急停按钮，触点信号即被送至伺服放大器和Ｉ／Ｏ单元，急停信号决定伺服放大器的主电源是否接通。当ＣＮＣ开机自检后，ＣＮＣ轴卡通过ＦＳＳＢ（ＦＡＮＵＣＳｅｒｉａｌＳｅｒｖｏＢｕｓ）发出ＭＣＯＮ（ＭａｉｎＣｏｎｔａｃｔｏｒＯＮ）信号序，当Ｘ８．４为“１”时，ＰＭＣ梯形图处理将外部急停输人传至ＣＮＣ，即Ｇ８．４为“１”，使伺服准备就绪信号Ｆ０．６（ＳＡ）为“１”，ＣＮＣ信号Ｆ１．７为“１”，设备可以正常工作。至伺服放大器，如没有急停（ＣＸ４端子）和其他报警，伺服放大器内部回路（控制电源）正常，则放大器内部触点ＣＸ３闭合，主接触器ＭＣＣ线圈得电，主触点吸合，放大器状态指示灯由“－－”变更为“〇〇”[4]。同时，伺服放大器返回应答信号ＤＲＤＹ至ＣＮＣ，完成伺服上电过程。系统急停状态下无法完成送电过程，伺服放大器面板相应故障指示灯为“－－”。急停硬件故障消除后，观察ＰＭＣ运行程序。当Ｘ８．４为“１”时，ＰＭＣ梯形图处理将外部急停输人传至ＣＮＣ，即Ｇ８．４为“１”，使伺服准备就绪信号Ｆ０．６（ＳＡ）为“１”，ＣＮＣ信号Ｆ１．７为“１”，设备可以正常工作。
结语：
综上，解决数控设备故障报警首先应明确故障点大体位置，其次需了解系统运行机理和设备正常运行状态，查看电气图纸找出对应的地址编号，分析ＰＭＣ输人信号Ｘ、输出信号Ｙ、ＣＮＣ输出信号Ｇ、输人信号Ｆ的逻辑关系。由于数控机床电气控制系统的外围器件大多与ＰＭＣ相联系，应用数控系统提供的ＰＭＣ故障诊断软件，在成功解决疑难杂症中的方法中占有较高比率，所以，学习并掌握ＰＭＣ类故障的诊断方法，可提升技能人员的设备维修效率，有效降低设备故障停机时间。
参考文献：
[1]姚鹏,李楠楠,曹智军,李和林,邢军伟,刘国宁.FANUC数控机床远程监控DNC系统开发和研究[J].机械强度,2018,40(04):778-784.
[2]曹川川,谭修彦,张涛,曾一峰.FANUC数控车床不能返回参考点的故障诊断[J].现代制造工程,2018(04):153-157.
[3]上官建林,刘玲玲.FANUC PMC在数控机床故障诊断与排除中的应用[J].科技创新与生产力,2016(01):68-69+72.
[4]李慧玲,罗敏,周明虎,陈志楚.基于FANUC-0i-TD的双路径数控综合实验装置开发[J].装备维修技术,2015(01):25-30.
论文作者:李昆
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/6
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