在线诊断在数控机床故障维修中的应用

杨建芳

(许昌烟草机械有限责任公司，河南许昌461000)

西门子SINUMERIK 840D/810D数控机床控制系统在操作面板没有内置STEP 7软件时无法查看PLC程序，造成有些复杂故障维修无法进行。现结合在维修中遇到的实例介绍利用STEP 7软件，通过PC A-dapter连接SINUMERIK 840D/810D数控系统NCU单元，实现SINUMERIK 840D/810D系统数控机床故障的在线诊断，为数控机床的故障维修提供技术支持。

1 在线诊断的意义

针对SINUMERIK 840D/810D控制系统机床，一般性用户报警可以通过系统报警信息和机床电气原理图实现故障的快速诊断。对于报警信息不明确机床故障，仅靠系统报警信息和机床电气原理图已经无法进行故障诊断，这时通过在线诊断技术，利用机床电气原理图与PLC程序相结合的方法追踪故障信号相应的PLC数据位可以快速定位故障点，减少设备故障停机时间。

2 在线诊断的适用范围

机床制造商所编写的故障报警信息过于简单，多个信息接点公用一个报警信息。这种情况下报警信息只是说明一个模块或者一个回路故障，不能准确指向故障点。比如控制系统中的刀具交换错误报警。在这样报警中报警信息所指示出的信息量有限，不能明确指示出故障点，这时我们就可以通过在线诊断达到确诊和最终排除故障的目的。

故障报警过多，相互关联。一次出现多个报警，其中相互关联，有一个报警属于主报警，因为它的出现衍生出其它子报警。如果从报警序列中不能判断出哪个报警是主要报警，这时就可以通过在线诊断来查找各故障信号相应的PLC数据位，从逻辑关系中分析出主报警，最终达到快速诊断排除故障的目的。

3 SINUMERIK 840D/810D数控系统在线诊断综述

计算机与SINUMERIK 810D/840D系统连接，一共分为三部分，如图1所示。安装有STEP 7软件的笔记本电脑，连接电缆，PC适配器。下面就此三项做简单说明。

(1)安装有STEP 7软件的笔记本电脑

首先安装STEP 7软件，该软件在西门子网站有提供下载，有14天的免费试用期。针对 SINUMERIK 840D/810D数控系统在安装STEP 7软件之后需要安装SINUMERIK 810D/840D TOOLBOX工具软件，才能进行系统在线诊断。如果适配器用的是USB接口，则还需要安装PC适配器的USB驱动。

(2)连接电缆如图1所示，电缆分为K1和K2两部分，其中K1可以直接购买，信号及接口连接如图2。

K2电缆:因为840D的MPI口不能直接提供给PC适配器工作所需要的24 V电源，适配器无法工作，所以一般的RS232接口电缆无法保证适配器正常工作。当然，我们可以用其它的方式建立通信，比如说在计算机的扩展槽中插入一块西门子公司的CP5611接口板，但这需要额外的投资。所以经济的方法还是利用PC适配器，只不过少许改造一下即可。在这里我们有两种方法。

第一，自己制作可以外接电源的K2电缆。接口的连接方式如图3。其中2、7针的24 V电源可以从机床获得。

第二，采用专用电缆(UL 电缆，AWM 2464，0.3 mm带9针 Sub D接头)来连接NCU单元，连接器X121需要一个24 V的外部电源。可以连接电源线来实现。要使用4线电缆和37针D-SUB插座。图4说明了连接器X121的电源接线，两根24 V连线和两根地线在电源侧跳线。这样适配器的MPI/DP接口就连接到了控制器的X121连接器。

在这里，对于数控设备维修管理人员笔者建议使用第一种制作电缆的方式。因为第一，这种方式没有对机床进行改动;第二，车间数控设备众多，这样可以一次制作，就可以在每一台SINUMERIK 840D/810D数控系统机床上使用。

(3)PC Adapter

西门子适配器，可以直接从西门子公司购得。

4 实例说明SINUMERIK 840D/810D数控系统在线诊断步骤

我公司购买DMG 60H卧式加工中心，控制系统为西门子SINUMERIK 840D数控系统。在刀具准备过程中发生511105报警，报警信息为:TOOL CHANGE LIMIT SWITCH FAULT。下面就此报警信息的在线诊断来详细说明SINUMERIK 840D/810D数控系统在线诊断步骤与故障排查过程。

通过查找西门子SINUMERIK 840D接口信号表中的PLC信息表得知511105报警的原因是因为数据块DB2.DBX12.5被赋值1所造成的。所以在下面的在线诊断过程中就是需要追踪 DB2.DBX12.5如何置“1”。

第一步，首先连接PC至NCU X122接口，在检查连接无误后，打开STEP7软件设定PG/PC通讯方式，设定为PC Adapter(MPI);接口参数设定为COM1波特率设定为19200，之后新建项目。

第二步，机床通电、启动完成后，点击STEP 7工具栏中的在线，然后选择菜单PLC中的上传PLC程序，这时我们就可以看到该机床的硬件配置及程序结构了。打开交叉参考表搜索DB2如图5。发现DB2中没有任何关于12号字节或其中某个位的输入输出。

这种情况下就可能是程序中打开DB2后，再次引用的时候没有注明数据块名称。利用程序结构和跳转搜索DBB12或者DBX12.5找到在FC115中程序段3，如图6。在这里我们可以看到有DBB12的字节写入，在第三行有打开DB2的动作，说明这里的DBB12就是DB2.DBB12，所以报警应该是由QB10中的 Q10.5触发的 。通过跳转查找发现在FC76的程序段中Q10.5的写入类型如图7。执行换刀操作，发现报警时I 45.4和I 45.5全为”1”状态.经过检查发现I 45.4传感器间隙过小，调整后换刀正常。

5 结语

通过在线诊断在数控机床故障维修中的应用，使我们能够在不了解机床各部分动作逻辑，从正向无法进行故障诊断时，通过反向查找追踪故障信号相应的PLC数据位得以快速诊断机床复杂故障，缩短了机床维修时间。使我们维修技术提升一个台阶。在这里要注意的一点就是在线诊断时应在充分了解PLC内部逻辑前提下小心操作，最好是先做一下系统的备份，防止误操作后无法撤销。每次诊断后做故障诊断记录，使数控机床维修更加快速、高效。

1 SINUMERIK 810D/840D简明调试手册.西门子(中国)有限公司.