数控系统急停处理程序原理分析及故障维修实例

周 岩

（哈尔滨电机厂有限责任公司装备部电气技术组，黑龙江哈尔滨150040）

为预防或避免数控机床加工过程中对操作人员、机床及加工工件造成伤害，或者在按照正常操作无法使机床停止时，由操作人员执行一个动作，使机床停止运行。这个动作，就是急停。一般数控机床设置的急停按钮，除机床控制面板外，手持单元和机床侧也安装有，所有的急停信号串联在一起，任何一个按钮按下，都将产生急停。

1 工作原理简述

急停在其控制电路设计上，必须采用常闭触点连接方式。如果采用常开触点连接方式，急停按钮与系统的连接由于某种原因断路，那么即使发生了急停事件，急停信号也不能正确地传输到系统的PLC接口。而采用常闭触点的连接方式，当信号断时，急停信号有效，虽然没有发生急停操作，系统默认为发生了急停操作，系统便立即对此进行处理，同时产生急停报警，为维修人员提供了故障信息，同时也提高了数控机床的安全性。

当机床的急停按钮被按下，数控系统的急停信号就立即被撤消，CNC将进入未准备好状态（NOT READY）或急停状态。在带有内部PLC的SIEMENS 802D数控系统中，急停信号（*ESP）是由PLC程序传输CNC的内部信号，其在系统中的地址是V2600 0000.1，通过查看机床的PLC程序，找出、检查与急停信号（*ESP）相关的PLC输入点，再检查这些输入信号的状态，就可以查到故障的原因。

2 程序处理分析

图1是SIEMENS 802D数控系统PLC程序中比较典型的的急停处理程序块：

图2是伺服驱动器电源模块的控制使能置位、复位时序图：

图3为急停程序块的功能实现流程图：

图1 SIEMENS 802D数控系统PLC程序中典型的的急停处理程序块

图2 伺服驱动器电源模块的控制使能置位及复位时序图

图3 急停程序块的功能实现流程图

由上面3个图可以得到以下分析：I 5.2控制T 52触发#700017号报警，同时使驱动器缺相，驱动器不工作，报警内容为I2 t，出现#3000号急停报警。I 5.1控制T 72触发#700016号报警，同时使驱动器使能断开，报警内容为驱动器未就绪，出现#3000号急停报警。当急停按钮被触发，T 64、T 63和T48将按照上图中控制使能置、复位时序依次被复位，这时急停生效，出现#3000号急停报警。当急停按钮解除时，T 72解除，复位后解除报警#70016，同样T 52解除，复位后解除#70017，然后T 64、T 63和T 48将按照上图中控制使能置、复位时序依次被置位，#3000号急停报警复位。

3 引起急停的可能因素

数控机床运行时出现急停报警，根据电气原理图上的急停控制回路，应当主要考虑以下几点因素：

（1）面板上的急停按钮被按下，工作台的硬限位保护生效。当急停按钮被按下生效，以及工作台的硬限位保护生效，在相应的元器件、状态恢复正常后，即可直接起动机床。

当机床因硬限位保护生效引起急停时，退出的方法，应优先采用“机械手动退出”，以保证机床安全。在“机械手动退出”比较困难时，可以采用电气短接的方法，将机床的硬限位信号取消，但必须注意以下几点：

确认机床驱动器、位置系统无故障；操作时应注意坐标轴的移动方向；机床退出硬限位保护后，应立即将机床的硬限位信号恢复，使机床的硬限位保护功能重新生效。

（2）伺服驱动、主轴驱动器、液压电动机等主要工作电动机及主回路的过载保护；24V控制电源等重要部分的故障。若是这些重要部分的故障，应对过载保护动作的回路再进行进一步的测量，并确认、解决过载原因后，再起动机床，若电路中存在过载，则应当作进一步维修，排除故障后才能起动机床。

4 急停故障维修实例

以下是两台SIEMENS 802D数控机床急停报警故障的维修分析实例：

（1）一台系统为SIEMENS 802D数控铣床，开机后系统显示“ALM3000”报警，按下复位键可以消除，但给机床加上进给控制使能时，就出现#3000号急停报警，断电重新起动，机床故障反复。

观察机床操作面板上的急停按钮并未按下，机床各轴的的位置也没有达到撞上硬限位的程度，所有急停按钮都已经复位。可以断定，机床急停的原因与机床的状态无关。观察伺服驱动的电源模块，其上面的LED指示灯3和4都亮，3号灯亮绿色的含义，是使能信号丢失，正常情况下灯是不应该亮的；4号灯亮黄色的含义，是直流母线已充电达到系统正常工作的允许值，模块准备就绪。查阅该机床的电气原理图，控制使能信号的继电器共有4个，分别编号KA 11、KA 12、KA 1、KA 13。在电气柜里观察这些继电器的状态，发现有的灯亮线圈已经带电，有的线圈没有带电灯不亮，用万用表测量继电器直流电源输入端子，发现都有DC 24 V压降。这几个继电器是通过PLC输出点Q 3.1、Q 2.7、Q 3.0来控制，在操作面板上打开系统诊断页面，查看PLC状态，发现Q 3.1、Q 2.7、Q 3.0的状态值都是1，这就说明KA11、KA12、KA1、KA13继电器已经全部上电，都应该吸合。由此可断定，灯不亮没有吸合的继电器损坏，更换新的继电器，故障解除。

（2）一台系统为SIEMENS 802D数控立式铣床，开机后系统显示“ALM3000”报警，机床无法正常起动，断电重新起动机床，故障反复。

经过初步检查，发现机床操作面板上的急停按钮并未按下，机床各轴的的位置也没有达到撞上硬限位的程度，所有急停按钮都已经复位，可以断定机床急停的原因与机床的状态无关。在操作面板上打开系统诊断页面，查看PLC状态，发现机床输入信号有的为“0”，有的为“1”。因此，基本可以不用考虑是DC 24 V电源的原因。查阅该机床的电气原理图，发现PLC急停输入信号有多个，经逐一检查，发现各轴的急停输入信号是由常闭开关控制的，其状态值都是“1”，只有面板急停开关的输入信号值为“0”。前面检查时，已发现面板急停开关已经复位，由此可以判断是面板急停输入信号线路的问题，还有可能就是PLC模块中，这个急停信号对应的输入点坏了，但这种可能性很小。经理清线路用万用表排查，发现从急停开关到电气柜内的端子排，这一线路没有问题，问题是出在从端子排到操作面板后PP模块这一路上。这路走线是一颗50芯的细电缆，中间经过床身、吊钮盒，其中面板急停输入信号这颗线由于经过弯折，在与PP模块的接口处脱落，接线后重新开机，故障排除。

5 结束语

由以上两个SIEMENS 802 D数控系统急停故障的维修实例可以看出，要了解数控机床设置急停的原因，和准确理解PLC程序中急停处理程序的逻辑含义，在机床出现急停报警时，应认真观察，冷静分析，看是否是属外围操作的原因，还是属内部电路的故障，利用图纸资料和仪器仪表，仔细排查可能的疑点，最终找到引起故障的真正原因。

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[3]龚仲华.数控机床故障诊断与维修500例[M].北京：机械工业出版社，2005.

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