信号屏蔽法在加工中心故障处理中的应用

刘先黎 杨万叶

作者通联：玉柴机器股份有限公司生产部维修中心 广西玉林市玉州区天桥路88号 537005

E-mail：yangwanye@163.com

1.故障现象

广西玉柴机器股份有限公司冷加工厂重机车间从德国进口的HELLER MCH300 型加工中心（卧式四轴加工中心），采用西门子840D 数控系统。MCH300 型加工中心（图1）有两个可自动交换的工作台，采用双托盘液压交换结构，交换工作台时，Z 轴移到工作台交换区，在液压系统作用下松开上料区和工作区的工作台，托盘托着工作台升起，升起到位托盘旋转180°，旋转到位托盘下降，下降到位工作台夹紧，完成工作台自动交换。1 台MCH300 型HELLER 加工中心加工完成1 件工件，进入自动交换工作台状态，工作台交换装置旋转180°，然后下降，下降到位下一个动作应为夹紧工作台，但此时机床黄灯闪烁，不能完成工作台交换，NC 退出自动运行状态，机床停运，人际界面也没有报警信息提示。

图1 MCH300 型加工中心结构

2.故障分析

设备故障情况下重新按NC 启动又能完成工作台的交换，但若将机床切换到手动方式，则出现工作台不能夹紧报警，报警号为A700301，报警信息：“ ->End position:paletts not clamped in work area->YH71.0/P1:E30.1”（工作区域内工作台没有夹紧，检查工作台夹紧阀YH71.0或夹紧检测开关E30.1）。进入手动交换工作台菜单查看，发现工作台并没有夹紧。据此分析机床停运是由于机床等待工作台交换完成信号，但工作台未夹紧，该信号始终没有给出。联接计算机，下载并监控相应PLC 程序（图2），发现YH71.0 所对应的PLC 输出点Q71.0 始终不为1。在线监控PLC 程序，机床在自动状态时PLC中间点M160.5为1，手动状态时为0，是工作台交换处于自动工作状态的标志位，由此确定自动状态下Q71.0的逻辑由程序中第一支路决定。通过跟踪监控PLC 程序发现在自动交换工作台时，PLC中间点M169.0为1，但在托盘下降过程中突然变为0，使托盘下降到位后Q71.0 不能为1。要使M169.0 复位，只能是PLC中间点M229.0为0或PLC 局域变量“ #TV_F_PAW”为1（图3），但未监控到具体哪一个信号使M169.0 复位。分析原因是该信号出现时间极短，在计算机实时监控画面，人眼很难捕捉。为此决定采用屏蔽信号的方法，先屏蔽#TV_F_PAW，使用Q25.5（液压启动指示灯）的常闭点（液压启动后始终为1，避免有意外情况时急停机床，使屏蔽失效）与#TV_F_PAW 相与（图3 虚线框），这样#TV_F_PAW 就不能复位M169.0 了。

图2 工作台夹紧相关程序

图3 M169.0 输出控制程序

设 备 试 运 行，在MDA 方式下自动交换工作台仍然失败，表明M229.0的信号有瞬间为1 使M169.0 复位。查看M229.0的逻辑可知，如果 M229.2为 0，则M229.0 复位，M229.2 输出程序见图4。分前后两段屏蔽这一回路信号，通过分段屏蔽确认后半段信号存在问题（图4 虚线框），再对后半段每一信号逐个屏蔽，最终确认是M256.5 瞬间 断 开。屏 蔽M256.5 （图5 虚 线 框），去 掉 屏 蔽#TV_F_PAW的程序，在MDA 方式下交换工作台仍然不能夹紧，表明#TV_F_PAW 也有瞬间接通现象。分析发现信号M256.5 是1个NC-STOP（NC 停止）标志位，是故障结果，不是故障原因，即因为出现故障才使NC 停止，#TV_F_PAW为1 才是M169.0 被复位的主因。检查相关PLC 程序（图6） 发现，使#TV_F_PAW为1的信号有10个，监控难以直接发现问题点，仍使用屏蔽信号的方法，先分段屏蔽，缩小范围后再单个信号屏蔽。经过排查，最终发现信号DB2.DBX209.3 有瞬间接通现象（图6 虚线框）。

图4 M229.2 输出控制程序

图5 屏蔽M256.5 程序

在西门子840D 数控系统中，DB2 是报警使用的数据块，查阅DB2 相关的报警表发现DB2.DBX209.3 标志位对应的报警号为A700343，报警信息为“ 机床不在交换位置”。分析PLC 程序发现报警标志位DB2.DBX209.3 又受控于PLC中间点M162.4（图7），M162.4为1时 ，DB2.DBX209.3复位，只有M162.4为0 时才会产生A700343号报警。如果M162.4 信号瞬间断开又接通，那相应的DB2.DBX209.3就会瞬间为1 后立即又为0。

仍在M164.2 输出控制程序（图8）应用屏蔽信号法，最终确认DB10.DBX114.5 是故障点，正常情况下DB10.DBX114.5为0，使用Q25.5 与DB10.DBX114.5的常闭点相或（图8 虚线框），暂时将其屏蔽，使其信号变化对M162.4 没有影响，结果自动交换工作台成功。

图6 和局域变量#TV_F_PAW相关的PLC 程序

图7 报警标志位DB2.DBX209.3程序

在840D 数控系统中，DB10 数据块是NC与PLC的通信接口，DB10.DBX114.5 是 NC给PLC的信号，由于其瞬间为1，造成自动交换工作台失败。查找资料得知DB10.DBX114.5 是1个轴的正向软超程信号，即在自动交换工作台时，交换装置下降过程中Z 轴超程。查看自动交换工作台时Z 轴的位置是1200.500，该位置 正 是 机 床 参 数MD36110 设定的Z 轴软超程数据。分析认为是托盘下降过程中工作台在 放 到B 轴（B 轴 固 定在Z 轴上） 上时碰动Z轴，使Z 轴位置发生变化，数控系统监控到这个变化并立即做出反应，NC 马上发出超程报警，使NC 程序停止。同时在数控系统作用下，通过伺服系统将Z 轴拉回到正确位置，而且由于报警信号闪现，内嵌的PLC 系统因扫描周期原因来不及反应，未真正产生报警信息，以致机床人机界面没有显示报警信息，造成系统等待现象。

图8 M164.2 输出控制程序

3.故障处理

分析加工程序，发现工件加工程序中Z=$AA_SOFTENDP[MA_Z]命令使Z 轴回到极限位置，即系统参数MD36110 设定的最远端1200.500，工艺加入该指令的目的是让工作台在换刀过程中到达最远处，避免工装与主轴的碰撞，具有保护作用。由于该指令出现在交换工作台位置指令之后，因此最后系统执行交换工作台时工作台的位置就由1200.400（机床设定的交换工作台的位置）变成了1200.500，结果在交换工作台时有轻微的碰动导致Z 轴位置超程，超程信号DB10.DBX114.5 瞬间为1。将加工程 序 修 改 为“ Z=$AA_SOFTENDP [MA_Z]-0.1”，Z 轴 只 回 到1200.400，运行加工程序，交换工作台正常。

目前高档加工中心报警功能完善，机床发生故障时，一般都能根据报警提示排除故障。对于没有出现报警信息机床又停止运行的故障，就要深入分析数控系统和机床PLC 程序，可采用上述屏蔽信号法，在确保设备安全情况下，用一个恒1或恒0的信号，与怀疑信号相“ 与”或相“或”，暂时将其屏蔽，逐一排除怀疑信号，最终找出故障点。