840D数控系统NC与PLC无法连接故障处理

祝 林，张金红

（中冶陕压重工设备有限公司机动部，陕西渭南 711711）

1 故障现象

840D数控系统采用S7-300系列PLC，PLC的CPU集成在840D的NCU单元中，连接方式为从NCU的SIMATIC端口X111连接到PLC模组的IM361接口模块上。机床使用过程中840D数控系统有时出现NC与PLC无法连接故障，机床报警号为120202。840D数控系统出现120202报警，表明内部事件在被调用时中断。840D数控系统人机交换界面负责NC（Numerical Control unit）数据的输入和显示，它由MMC（Man Machine Communication），OP （Operation Panel） 和 MCP（Machine Control Panel）等3部分组成，840D的数控单元NC（Numerical Control unit）被称为中央控制单元，负责NC所有功能，机床的逻辑控制，还有和MMC的通信。

2 原因分析

（1）首先控制系统MMC（PCUxx）关电后再次上电，试机。

（2）如故障未变，检查840D的NCU单元，仔细观察NCU正面的与启动控制有关的元素一个7段显示器及一个复位按钮S1两列状态显示灯。NCU的H1列的NF，CF是红灯，其中NF在NCK启动过程中其监控器被触发时，此灯亮；CF当COM 监控器输出一个报警时，此灯亮；CB，CP是黄灯，其中CB通过 BTSS进行数据传输，此灯亮；CP通过PC的MPI接口进行数据传输时，此灯亮。

（3）检查PROFIBUS通信，即OP010面板与NCU之间的PROFIBUS电缆通信、OP010面板与MCP之间的PROFIBUS电缆通信，包括PROFIBUS电缆与OP10面板的连接插头。若机床出现NC与PLC连接不上故障，维修时可以检测连接至NCU、MCP之间的Profibus-Dp总线电缆连接情况，有无松动，并紧固Profibus-Dp总线电缆插头，检查总线插头内接线是否松动；金属屏蔽层接地是否可靠；插头上的终端电阻开关是否设置正确。NCU上还有一个MPI，一个PROFIBUS接口，PROFIBUS接口可以接所有的具有PROFIBUS通信能力的设备。PROFIBUS的通信电缆和MPI的电缆一样，都是一根双芯的屏蔽电缆，在MPI，OPI和PROFIBUS的通信电缆两端都要接终端电阻，阻值是220 Ω。因此若要检测电缆好坏，可以在NCU端打开插座的封盖，用万用表测量A，B两线间电阻，正常情况下应该为110 Ω。

3 NC与PLC连接不上报警故障的原因分析与实例

3.1 硬件连接存在的问题

IM361接口模块与NCU使用的是两芯屏蔽的PROFIBUS通信电缆进行通信，信号线为红色和绿色，连接用的插头是西门子专用的插头，内有标示明确的接线颜色顺序，一般情况来说，按照标示的接线端子接线不会出现连接问题。但是，不能排除日常机床使用过程中线的破皮、虚接或断线等问题的出现。一般这种故障有明显的表现，比如机床运动的固定位置引发机床此类的报警，机床操作盒的左右上下移动出现报警，这类现象多数都是插头松动或者电缆问题引发的故障。

上海机床厂生产的一台MKD8463数控轧辊磨床正常工作中，当Z轴开动时，机床频繁报警120202，并且每次报警都是在一个比较固定的位置，故怀疑是PROFIBUS电缆随Z轴坦克链移动时有破皮或虚接情况。检查电缆，发现在坦克链折弯处PROFIBUS电缆有被挤伤，检查此处电缆发现其中绿色信号线有虚接，处理完毕后，故障消除。西门子PROFIBUS网络里，每个PROFIBUS插头带有一个终端电阻，一般在网络起始和结尾的插头处终端电阻设置为ON，在网络中间的插头设置为OFF，如果设置错误，也会造成等待与 NC/PLC的连接的报警，另外插头性能不良或者接触不好的话，同样也会出现这类故障。

西门子PROFIBUS网络里每个PROFIBUS插头带有一个终端电阻，一般在网络起始和结尾的插头处终端电阻设置为“ON”，在网络中间的插头设置为“OFF”。若设置错误，也会造成等待与 NC/PLC的连接的报警。另外，插头性能不良或者接触不好，同样也会出现这类故障。

一台济南二机床集团公司生产的TK6920型数控落地镗铣床，机床在正常的加工过程，机床报警，机床操作界面出现报警120202，等待与NC/PLC的连接，与此同时诊断界面出现外围各个检测点的报警，打开机床电柜检查发现PLC模组的输入模块SM321上的输入点都不亮，用万用表测量PLC模组的IM361接口模块上有正常的DC 24 V电压，输入模块SM321也有正常的DC 24 V电压。拆下SM321模块上电路板用万用表测量检查时，发现电路板上保险芯片坏了，用烙铁在保险芯片的两端芯片脚焊出两根细线，引出输入模块，再在两根细线另外两端接上和电路板上保险芯片同规格的速熔保险管。机床上电后PLC的输入模块SM321上各个输入点都正常工作，机床故障消失。

一台台湾产MV-610立式加工中心，机床每次加工大进给量的工件时，机床有时候会报警PLC生命监控标志故障，NC与PLC连接不上。查看诊断手册解释报警是PLC必须定期给出生命状态，否则会出现此报警。但是，机床每次加工大进给量的工件时才会出现这种报警，故分析是因大进给量时机床随之而来的振动引起。观察PLC的状态发现，每次报警的时候PLC的电源指示灯灭了，检查PLC接口模块IM361的电源接线并无松动，查看电气原理图后发现在供PLC电源前端有一个继电器，在机床系统完成正常启动后，继电器带电供给PLC电源，发现继电器与底座安装有些松动，所以机床在大进给量加工时候报警。固定好继电器后，故障消失。

一台桂林机床厂生产的XK2316/5龙门式加工中心，机床操作界面出现报警120202，等待与NC/PLC的连接。在排除外围硬件NCU模块的时候，发现NCU模块上X121的接口线端子有接触不良的情况，和其他相同机床的X121的接口线互换后，故障消失。其中NCU模块的X121是多路输入/输出接口，通过该接口NCU模块可以与多种外部设备连接，例如与控制进给的手轮，NC输入/输出的连接。更换X121的接口线后机床正常。

3.2 外围硬件本身存在的问题

当机床在正常上电过程或者使用过程中，机床都会检测NCU 模块接口 X101 所接的 MCP，MMC（PCUxx），HHU，NCU，NCU box等外围硬件是否处于正常工作状态下。

一台武汉重型机床厂生产的TK6920B数控落地镗铣床，机床在正常工作中不定期会出现NC与PLC连接不上故障。在排查外围硬件的过程中发现，当插上HHU（西门子手持单元）的封头后，机床在正常工作中没有再出现报警，检查手持单元的电缆并没有发现有断线或者虚接等情况，故怀疑手持单元本身有问题。更换新的手持单元后，故障消失。

一台济南二机床集团公司生产的TK6926型数控落地镗铣床，机床在加工过程中X轴出现主动编码器硬件出错故障。检查X轴光栅尺反馈编码器线有断线现象，随机将机床整体断电经行故障处理，故障处理完后机床重新上电，机床进入系统后，操作界面出现报警NC与PLC连接不上故障现象，机床报警号为120202，说明内部事件在被调用时中断，出现此报警。但是在处理X轴光栅尺反馈编码器线时，机床无其他任何移动进给轴的操作，故怀疑外围硬件本身存在问题。在排查外围硬件的过程中发现NCU上的PROFIBUS插头有接触不良的情况，重新把NCU上PROFIBUS插头的固定螺钉上紧，机床重启上电，故障消失。

另外一方面在排除是不是机床的PROFIBUS插头的时候，要仔细经行检查，可能插头有接触不良的情况，也可能是PROFIBUS插头本身性能不好。如果怀疑插头性能不良的话，可以更换新的PROFIBUS插头经行验证，但是插头终端电阻设置一定要记住，在更换完插头后恢复之前的终端电阻设置。

一台沈阳机床厂生产的TKP6513B数控刨台式镗铣床，机床无法进入系统的操作界面。开始排查外围的HHU，各个PROFIBUS插头和之间连线，以及控制面板等，发现NCU模块的7段码管没有任何显示，故障与状态LED灯也没有任何一个亮的，机床停电拆下NCU模块，打开NCU模块用万用表检测电路板上的保险芯片是否有问题，检查完后发现保险芯片坏了。同上述一样，用两根细线在保险芯片两端焊线引出NCU模块，在两根细线之间接上同电路板上保险芯片的规格要求的速熔保险，机床上电后NCU模块工作了，可是NCU模块7段码管不是状态数字6，并且故障与状态LED灯全亮，判断NCU模块硬件有可能存在问题。更换NCU模块后，机床上电后，NCU模块的状态和更换前一样，NCU模块更换了可是NCU模块上的CF卡还是原装的，分析CF卡有问题的可能性大。购买新的CF卡后用电脑备份的数据重新恢复，恢复完后进行安装CF卡到NCU模块上，机床恢复正常的工作，从中认识到CF卡虽然不太容易坏，但是CF卡上面的数据还是要及时备份到电脑上，以便以后维修时候的应用。

3.3 数据循环检测故障

如果发生了NC与PLC无法连接的故障，上述问题排查后都不能解决，可以怀疑是由于机床长期运行，内存缓存内冗余数据太多，循环检测数据溢出，导致了故障发生。此时，可以做PLC总清做硬件复位来尝试消除故障。PLC总清操作步骤如下。

（1）先将S4开关拨到2位置，PS红灯亮。

（2）再将S4转到3位置，保持大约3 s等到PS灯再次亮，此时PS红灯灭了又再亮。

（3）然后在3 s内将S4开关快速的执行下述操作：2→3→2位置，这时PS灯先闪，后又亮，PF灯亮（有时PF灯不亮）。

（4）等PS和PF灯亮了，随后将S4开关转到0位置，这时PS和PF红灯灭，而PR绿灯亮，PLC数据即被清除。

西门子840D系统自身的硬件配置也不同，对于MMC103，PCU50或者PCU70来说可以选择软盘、硬盘、NC卡和数据外部（PC机）备份等多种备份形式，而对于PCU20及以下配置自身由于没有硬盘不能选择硬盘备份，那就需要备份到NC卡，或者备份到电脑上了。当机床没有数据的时候，MCP的灯会一直闪烁，数控机床报警120202等待与NC/PLC的连接。

常用的硬盘系列，可以进行数据备份和恢复的操作，有时候数据备份会出现中断出错，此时应注意清除出错提示反复试机确认中断正常后，再进行数据的备份。注意检查NC内存剩余空间是否足够，可以删除掉一些程序化再试机备份。可以单独备份NC数据，不要勾选带补偿数据的再试机备份，这样备份出来的NC数据不全面，如某些变量、宏文件的缺失，但是使用该数据，不会影响数控系统正常工作。对机床进行数据恢复后，有时候可以消除报警120202，等待与NC/PLC的连接。

一台桂林机床厂生产的XK2316/5龙门式加工中心，机床在正常加工过程中，有时候会随机出现机床操作界面死机情况，但是死机持续时间不长，机床操作界面就会出现报警120202，等待与NC/PLC的连接，机床控制面板上各个操作按键灯有规律的不停闪烁。首先怀疑机床控制面板是不是存在问题，在和其他正常运行的机床控制面板进行互换后上电观察，在观察时机床还是出现了机床操作界面死机情况和报警120202，等待与NC/PLC的连接。分析时发现每次故障报警前机床操作界面都会出现死机情况，故判断有可能是机床的PCU有问题，该龙门加工铣床采用的是PCU50，对PCU50的硬盘进行还原恢复操作后，重新安装PCU50到机床上，上电后观察机床正常加工，故障消失。

关于PCU50的恢复。拆下PCU50的硬盘，将固定硬盘的4颗螺钉旋到no-operate的位置，取下固定的4颗固定螺钉，拔下硬盘与主板的连接排线，卸去4个固定硬盘的防震装置，取下4个硬盘架的螺钉，小心地取下连接硬盘的排线，注意不要弄断硬盘供电的两根电缆线。安装硬盘步骤相反，将硬盘连接到IDE硬盘盒上，作为PC机的移动硬盘，运行PC电脑，运行GHOST软件，也可以在DOS环境下，也可以利用Windows版的GHOST软件，运行GHOST软件，点击界面出现的“OK”，还原GHO文件，全盘还原，选择Local—Disk—From Image3，选择备份的文件，点击open，在选择还原的硬盘时一定要注意选择外接的移动硬盘，然后点击“OK”，等待还原成功提示。

一台上海机床厂生产的MKD8463数控轧辊磨床，机床在一直带电的情况下可以正常运行，可是机床如果在完全断电超过几个小时后，在重新上电时候，机床的控制面板的所有按键灯在不停的闪烁，并且HHU单元也显示不正常工作现象，机床的操作面板系统也处无法正常的NC与PLC连接。在检查外围的时候发现PCU50上的两个七段码LED状态也显示的不对，这台机床的PCU50的版本型号为PCU50.3。由于PCU50.3上的两个七段码LED状态也显示异常状态，故判断PCU50.3存在问题，更换新的备份硬盘上电后机床正常工作了几天，有出现上述相同的故障，在不断电情况下一直正常，只要断电超过几个小时机床就无法正常的NC与PLC连接，直接按PCU50.3上的“RESET”，机床还是无法正常运行，故决定对PCU50.3做一下检查。首先控制系统PCU 50.3关电后再次上电，试机，检查西门子840D的上位机即PCU50.3的供电单元，该单元的输入电压是DC 24 V，可以先检查DC 24 V正常否，如果电压低于DC 24 V，检查输入到供电单元DC 24 V的电路，检查PCU50.3单元的连接是否正常可靠，可打开PCU50.3单元，检查系统板件的连接，将PCU后盖仔细打开，检查内存条是否插牢靠，扁平电缆的插接是否可靠，注意各个插座上的接线做好标记，以防插错。做了以上检查后都正常，但是机床依然无法NC与PLC连接，分析机床在一直带电时工作正常，只是在断电重新上电后才出现此类故障，并且磨床在磨制工件时要用开启大量冷却液，是不是因为冷却液造成的大量冷却雾气渗透到PCU里面，机床一直带电工作PCU自身发热，可以不受影响，而机床加工完后断电有细微的湿气进入PCU没有完全的挥发，而影响PCU的正常启动，所以，在机床发生故障时在一直带电的状态下，用热风枪对PCU进行局部加热十几分钟后，机床正常启动，故障消失，以免以后又会出现这类故障。在机床加工时用大的护板遮挡湿气，而且尽量保持机床处于带电状态。

西门子840D数控系统的PCU除了大量运用PCU50、PCU70之外，还有PCU20。PCU50都配有硬盘，机床出现报警120202，等待与NC/PLC的连接，有时候发生此类故障是因为数据丢失或者硬盘自身有问题，可以通过对硬盘进行备份与恢复，解决报警，然而PCU20不带硬盘，系统软件内嵌于内部FLASH，由DOS引导，称为嵌入式HMI，对PCU20的机床发生数据丢失或者机床的NC与PLC连接不上时，要进行系统软件的备份和恢复，需要使用CF卡及适配器，首先将 CF卡插入适配器后插入PCU20的卡槽，正确插入后槽旁有一小方形按键突起，相反按下此键CF卡与适配器被吐出，可以取下，如何用CF卡进行备份与恢复，可以参考一下关于这方面的西门子说明书或者文献。但是除了对PCU20的备份与恢复，还要注意检查几个方面，这几个方面也有可能造成机床无法NC与PLC连接不上：首先检查PCU20的供电单元，该单元的输入电压是DC 24 V输入，可以先检查DC 24 V正常否，检查输入到PCU20的供电单元DC 24 V电路，如果以上正常，检查系统板件的连接；将PCU20后盖仔细打开，检查内存条是否插牢靠，CPU的风扇转动是否正常；检查PROFIBUS通信，即OP010面板与NCU之间的PROFIBUS电缆通信、OP010面板与MCP之间的PROFIBUS电缆通信，包括PROFIBUS电缆与OP010面板的连接插头，可以检测连接至NCU，MCP之间的Profibus-Dp总线电缆连接情况，插头上的终端电阻开关是否设置正确。这样才能更全面的分析与找出处理引起机床发生这类故障的原因与解决方法。

做完PLC总清后，将提前备份好的PLC程序重新下传或者通过软盘、硬盘、NC卡和数据外部（PC机）的数据恢复即可。如果故障未消除，则应考虑硬件故障引起的报警。平常应不定期地备份机床数据和程序，定期检查西门子840D系统的NCU box中电池是否有处于电压过低的报警，如有电池电压过低报警及时更换同等型号性能的电池，并且要定期检查NCU box的风扇；在机床通电的情况下，取出西门子NCU box正面的电池与风扇插卡，取下NCU box里面的双风扇，用工业酒精清洗，然后进行烘干。在断电情况下清洗风扇，尽量在30min内完成。NCU主板也可以拆下来清洗，干灰尘用小毛刷或者吹风机清理，若有油泥，要用工业酒精清洗后烘干。定期的检查和清理，对NCU模块的长时间可靠运行有保证。对于长期停用的机床，需要定期通电，防止电池失效而看不到报警，并且检查存储器电气元器件老化程度和机床周围的环境等。防止机床数据和程序丢失导致机床报警，产生NC与PLC连接不上故障。在机床数据和程序备份前，查看系统调试手册或相关说明，以保证所备份机床数据和程序的完整、正确和有效性。