数控机床PLC的应用与故障诊断课件

本项目主要介绍维修中涉及的开关量输入输出故障诊断，使学生了解PLC及FANUCPMC的定义，PMC硬件规格和地址分配原则，常用的PMC基本指令和功能指令，重点介绍PMC与CNC的关系和PMC与机床的关系，并根据常见的面板功能和机床进行PMC.程序举例。学生必须熟悉PMC页面和操作以及FANUCLADDER软件，以便进行传输和在线监控，会利用PMC有关页面进行数控机床输入输出诊断维护。3、PMC数据备份与恢复PMC数据只有两种，一种是PMC程序，另一种是PMC参数。PMC程序存放在FLASHROM中，而PMC参数存放在SRAM中。PMC参数主要包括定时器、计数器、保持继电器、数据表等非易失性数据，数据由系统电池保存。PMC数据备份与恢复的通信接口主要有：（1）内嵌式以太网接口。（2）快速以太网板接口。（3）PCMCIA卡接口。（4）RS-232接口。4、PMC编程实例分析（1）机床工作方式功能程序分析（2）手动进给倍率PMC控制（3）辅助功能程序（4）换刀PMC编程1）FANUC数控系统刀具功能分类2）换刀功能有关的地址信号3）换刀功能控制过程4）与换刀功能有关的参数5）换刀程序实例任务四PMC故障典型案例分析实例1、刀架控制故障分析实例2、切削液控制故障分析实例3、进给控制系统故障分析实例5、99号报警故障分析实例6、机械手手动控制故障分析实例7、2019报警故障分析实例1、刀架控制故障分析（1）故障现象济南第一机床厂生产MJ-50数控车床，采用FANUC0TE系统。机床在调试过程中，刀架有时转位正常，有时出现故障，刀架不锁紧，同时“仅给保持”灯亮，刀架停止运动。（2）故障检查与分析根据转位刀架出现故障时，“进给保持”灯亮这一点来看，从PMC梯形图上分析，找不到故障原因，只有依靠I/O诊断画面分析故障原因。在反复的手动刀架转位中找到了规律，故障大多数发生在偶数刀位。重点查看刀架奇偶开关信号X14.3，发现偶数刀位时，X14.3信号时有时无，于是找到了故障原因。因为刀架设计为偶数奇偶校验，在偶数刀位时，如果奇偶校验开关信号X14.3有信号，奇偶校验通过，刀架结束转位动作并夹紧；如果X14.3无信号，则奇偶校验出错，发出报警信号，“进给保持”灯亮，刀架不能结束转位信号，保持松开状态。而奇数刀位不受奇偶校验影响，因而转位正常。(3）故障处理：拆开转位刀架后罩，检查奇偶检验开关线均正常；检查由开关到数控系统的I/O板线路，发现箱内接线端子板上的X14.3的导线与接线端子接触不良，导线在端子里松动的；重新接好线，故障排除分析实例2、切削液控制故障分析（1）故障现象：某FANUC0i系统的数控机床在自动运行状态中，每当执行M8（切削液喷淋）这一辅助功能指令时，加工程序就不再往下执行了。此时，管道是有切削液喷出的，系统无任何报警提示分析与处理过程。(2）故障检查与分析：调出诊断功能画面，发现诊断号000为1，即系统正在执行辅助功能，切削液喷淋这一辅助功能未执行完成（在系统中未能确认切削液是否已喷出，而事实上切削液已喷出）。查阅电气图，发现在切削液管道上装有流量开关，用以确认切削液是否已喷出在执行M8指令并确认有切削液喷出的同时，在PMC程序的信号状态监控画面中，检查该流量开关的输入点X2.2，而该点的状态为0（有喷淋时应为1），于是故障点可以确定为在有切削液正常喷出的同时，这个流量开关未能正常动作所致(3）故障处理：重新调整流量开关的灵敏度，对其动作机构喷上润滑剂，防止动作不灵活，保证可靠动作在做出上述处理后，进行试运行，故障排除。实例3、进给控制系统故障分析(1）故障现象：XH754卧式加工中心，FANUC-6M系统，X轴无反应，无报警信息。(2）故障检查与分析：手动、自动方式X轴均不起作用，且无报警信息，其他显示均正常。当使用MDI方式时，操作面板上的循环启动CYCLESTART，START灯亮，查PMC梯形图和参数，均正常，说明CNC信号已发，X轴启动条件已满足，但伺服不执行，所以可将故障缩小在X轴伺服单元上。(3）故障处理：将伺服单元对调，即X轴和Y轴伺服驱动器接口对换，重新开机，试运行Y轴，看Y轴伺服电动机是否动作。若无，说明X轴伺服驱动器有故障。返厂或进一步拆下，查看伺服驱动器内部芯片和引脚，观察芯片和引脚是否蚀断，若发现，用不带电的电烙铁将元件拆卸，更换。实例4、换刀控制系统故障分析（1）故障现象：某数控机床的换刀系统在执行换刀指令时不动作，机械臂停在行程中间位置上，CRT显示报警号。查维修手册得知该报警号表示：换刀系统机械臂位置检测开关信号为“0”及“刀库换刀位置错误”（2）故障检查与分析：根据报警内容，可诊断故障发生在换刀装置和刀库两部分中，由于相应的位置检测开关无信号送至PMC的输入接口，从而导致机床中断换刀。造成开关无信号输出的原因有两个：一是由于液压或机械上的原因造成动作不到位而使开关得不到感应；二是电感式接近开关失灵。首先检查刀库中的接近开关，用一薄铁片去感应开关，以检测刀库部分接近开关是否失灵。接着检查换刀装置机械臂中的两个接近开关，一个是“臂移出”开关SQ21，另一个是“臂缩回”开关SQ22。由于机械臂停在行程中间位置上，这两个开关输出信号均为“0”，经测试两个开关均正常。

（3）故障处理：由以上分析可知，PMC的输入信号正常，输出动作执行无误，问题在PMC内部或操作不当。经操作观察，两次换刀时间的间隔大于PMC规定的要求，从而造成PMC程序执行错误引起故障。重新设定存储换刀时间的参数值，换刀过程恢复正常。对于只有报警号而无报警信息的报警，必须检查PMC的数据位，并与正常情况下的数据比较，明确该数据位所表示的含义，以采取相应的措施。实例5、99号报警故障分析（1）故障现象：FANUC0i数控系统的数控车床，产生99号报警，该报警无任何说明。（2）故障检查与分析：利用机床PMC诊断，发现数据T6的第7位数据由“1”变为“0”。该数据位为数控柜过热信号，正常时为“1”，过热时为“0”。①检查数控柜中的热控开关；②检查数控柜的通风是否良好；③检查数控柜的稳压装置是否损坏。（3）故障处理：检查后发现通风扇损坏不工作。更换数控柜通风扇，故障消除。MD2：工作方式选择信号2，地址：G0043.PMC程序存放在FLASHROM中，而PMC参数存放在SRAM中。当使用MDI方式时，操作面板上的循环启动CYCLESTART，START灯亮，查PMC梯形图和参数，均正常，说明CNC信号已发，X轴启动条件已满足，但伺服不执行，所以可将故障缩小在X轴伺服单元上。实例2、切削液控制故障分析Y信号:自动工作方式指示灯信号MD2：工作方式选择信号2，地址：G0043.(3）故障处理：拆开转位刀架后罩，检查奇偶检验开关线均正常；增量进给工作方式PMC控制的流程和实现方法。DNC：CNC处于远程运行工作方式信号，地址：R0100.③检查数控柜的稳压装置是否损坏。3信号时有时无，于是找到了故障原因。实例2、切削液控制故障分析（1）故障现象：FANUC0i数控系统的数控车床，产生99号报警，该报警无任何说明。PMC的数据形式—格雷码REF-K：回参考点工作方式按键输入信号，地址：X001.实例6、机械手手动控制故障分析（1）故障现象：一台装备FANUC-11系统的加工中心，在JOG状态下加工工件时，机械手将刀具从刀库中取出送入刀盒中时，不能缩爪，但却不报警。将方式选择到ATC状态，手动操作都正常。（2）故障检查与分析：查看梯形图，原来是限位开关LS916没有压合。调整限位开关位置后，机床恢复正常。但过一段时间后，再次出现此故障。检查LS916并没松动，但却没有压合，由此怀疑机械手的油缸拉杆没伸到位。经检查发现液压缸拉杆顶端锁紧螺母的顶丝松动，使液压缸伸缩的行程发生了变化。（3）故障处理：调整油缸拉杆，锁紧螺母并拧紧顶丝后，故障排除。实例7、2019报警故障分析（1）故障现象：一台汉川XH714D立式加工中心，配置BEIJING-FANUC0iMate-C数控系统，出现“2019报警，主轴电源过载”显示，主轴无法启动，数控程序无法运行。（2）故障检查与分析：由于提示了报警号，首先想通过维修手册查找故障号含义，但手册上没有给出该故障号的相关说明，所以考虑从PMC的梯形图入手。首先必须确定2019报警对应的信息请求位（A线图）。由于相关的说明书没有给出2019报警的信息请求位地址，所以只能利用[PMCDGN]功能从A0000地址开始逐个检查，通过观察，发现A0008.3的位被置“1”。为了进一步确定故障位置，利用[PMCLAD]功能查询梯形图，检查A000813线圈的控制逻辑，梯形图可知A0008.3受输入信号X0005.4控制。（3）故障处理：查找机床维修电路说明书，发现X0005.4出现在主轴电源辅助开关（QM4）线路中，打开电柜，发现主轴电源辅助开关QM4跳闸，合上开关，故障排除。典型PMC控制案例--运行方式切换一.案例条件：

配置有FANUC0iMate-MD系统和机床操作面板的亚龙YL-5590imateTD/MD数控车/铣床设备综合实训系统。二.案例要求

设计PMC梯形图，实现如下控制要求（旋钮/按钮）

1.旋钮在自动工作方式档位，使CNC处于自动工作方式，自动工作方式指示灯亮。2.旋钮在编辑工作方式档位，使CNC处于编辑工作方式，编辑工作方式指示灯亮。3.旋钮在手动数据输入工作方式档位，使CNC处于手动数据输入工作方式，手动数据输入工作方式指示灯亮。4.旋钮在远程运行工作方式档位按下工作方式，使CNC处于远程运行工作方式，远程运行工作方式指示灯亮。三、控制信号与流程用代码转换功能指令CODB,采用旋钮开关实现工作方式PMC控制1.自动工作方式：CNC执行系统存储器中选定的数控加工程序。X信号:X1.7、X2.1、X2.3的格雷码转换为二进制R100.2/R100.1/R100.0，地址：R100。Y信号:自动工作方式指示灯信号地址：Y0024.0。G信号:MD1：工作方式选择信号1，地址：G0043.0；MD2：工作方式选择信号2，地址：G0043.1；MD4：工作方式选择信号3，地址：G0043.2；DNC1：远程运行工作方式选择信号，地址：G0043.5。F信号:MMEM：CNC处于自动工作方式确认信号，地址：F0003.5。R信号:MODE：工作方式转换信号，地址：R100.0；AUTO：CNC处于自动工作方式信号，地址：R0100.1。2．编辑工作方式：可编辑选定的数控加工程序和创建新的数控加工程序。X信号:X1.7、X2.1、X2.3的格雷码转换为二进制R100.2/R100.1/R100.0，地址：R100。Y信号:自动工作方式指示灯信号地址：Y0024.0。G信号：MD1：工作方式选择信号1，地址：G0043.0；MD2：工作方式选择信号2，地址：G0043.1；MD4：工作方式选择信号3，地址：G0043.2。F信号：MEDT：CNC处于编辑工作方式确认信号，地址：F0003.6R信号：MODE：工作方式转换信号，地址：R0100.0。3.手动数据输入工作方式：CNC执行由MDI面板输入的数控加工程序X信号:X1.7、X2.1、X2.3的格雷码转换为二进制R100.2/R100.1/R100.0，地址：R100。Y信号:自动工作方式指示灯信号地址：Y0024.0。G信号：MD1：工作方式选择信号1，地址：G0043.0；MD2：工作方式选择信号2，地址：G0043.1；MD4：工作方式选择信号3，地址：G0043.2。F信号：MMDI：CNC处于手动数据输入工作方式确认信号，地址：F0003.3。R信号：MODE：工作方式转换信号，地址：R0100.0。MDI：CNC处于手动数据输入工作方式信号，地址：R0100.2。机床在调试过程中，刀架有时转位正常，有时出现故障，刀架不锁紧，同时“仅给保持”灯亮，刀架停止运动。MODE：工作方式转换信号，地址：R100.FANUC0i数控铣床采用旋钮开关实现工作方式切换控制PMC数据只有两种，一种是PMC程序，另一种是PMC参数。旋钮在编辑工作方式档位，使CNC处于编辑工作方式，编辑工作方式指示灯亮。（3）故障处理：查找机床维修电路说明书，发现X0005.设计PMC梯形图，实现如下控制要求（旋钮/按钮）回参考点工作方式PMC控制的流程和实现方法。3的格雷码转换为二进制R100.按下手动进给按钮（+,-）时，轴便朝着该方向进行移动。INC-K：增量进给工作方式按键输入信号，地址：X001.2．编辑工作方式：可编辑选定的数控加工程序和创建新的数控加工程序。MDI：CNC处于手动数据输入工作方式信号，地址：R0100.对于只有报警号而无报警信息的报警，必须检查PMC的数据位，并与正常情况下的数据比较，明确该数据位所表示的含义，以采取相应的措施。转动手摇脉冲发生器使轴进行移动。4．远程运行工作方式:CNC执行从外部设备读入的数控加工程序，实现数控机床的在线加工。

X信号:X1.7、X2.1、X2.3的格雷码转换为二进制R100.2/R100.1/R100.0，地址：R100。Y信号:自动工作方式指示灯信号地址：Y0024.0。G信号：MD1：工作方式选择信号1，地址：G0043.0；MD2：工作方式选择信号2，地址：G0043.1；MD4：工作方式选择信号3，地址：G0043.2；DNC1：远程运行工作方式选择信号，地址：G0043.5。F信号：MRMT：CNC处于远程运行工作方式确认信号，地址：F0003.4。R信号：MODE：工作方式转换信号，地址：R0100.0。DNC：CNC处于远程运行工作方式信号，地址：R0100.3。运行方式自

动

运

行自动运行方式执行存储于存储器的加工程序编辑运行方式进行加工程序的编辑和CNC数据的输入输出。手动数据输入运行方式（MDI方式）用MDI键盘输入加工程序直接进行运行。运行结束后，加工程序被清空。在线加工运行方式（DNC方式）在该方式下，可以一边从RS-232-C接口或者CF卡接口中读取程序，一边进行机械加工。手

动

运

行手动返回参考点运行方式用手动操作返回到由机床确定的基准点（参考点）。手动连续进给运行方式按下手动进给按钮（+,-）时，轴便朝着该方向进行移动。手轮进给运行方式转动手摇脉冲发生器使轴进行移动。运行方式切换信号运行方式切换信号：MD1-MD4（Mode）运行方式状态显示ZRNDNCIMD4MD2MD1程序编辑EDIT－－011存储器运行MEM－0001远程运行RMT1手动数据输入MDI－－000手轮进给HND－－100手动连续进给JOG0－101手动返回参考点REF1#7#6#5#4#3#2#1#0地址F0003MEDTMMEMMRMTMMDIMJMHMINC地址F0004MREFPMC的数据形式—格雷码

2个以上的位同时不同变化的码，称为格雷码。转动旋转式开关时，其输出信号就是格雷码。由旋转开关输入的格雷码变换成二进制码即成为正常处理用数值，并且程序将变得容易书写。二进制形式：格雷码：0123456789101112131415b30000000011111111b20000111100001111b10011001100110011b001010101010101010123456789101112131415g30000000011111111g20000111111110000g10011110000111100g00110011001100110格雷码转换把格雷码转换为二进制码，使用异或（XOR）。真值表如下：输入A输入B结果0000111011104出现在主轴电源辅助开关（QM4）线路中，打开电柜，发现主轴电源辅助开关QM4跳闸，合上开关，故障排除。（1）故障现象：FANUC0i数控系统的数控车床，产生99号报警，该报警无任何说明。3的格雷码转换为二进制R100.（2）快速以太网板接口。MD2：工作方式选择信号2，地址：G0043.Y信号:自动工作方式指示灯信号地址：Y0024.DNC：CNC处于远程运行工作方式信号，地址：R0100.(2）故障检查与分析：手动、自动方式X轴均不起作用，且无报警信息，其他显示均正常。（3）故障处理：查找机床维修电路说明书，发现X0005.HND-K：手轮进给工作方式按键输入信号，地址：X0026.REF-K：回参考点工作方式按键输入信号，地址：X001.（1）故障现象：FANUC0i数控系统的数控车床，产生99号报警，该报警无任何说明。JOG-K：手动连续进给工作方式按键输入信号，地址：X002.MMDI：CNC处于手动数据输入工作方式确认信号，地址：F0003.实例7、2019报警故障分析把该式用顺序程序书写出来，变成如下所示：FANUC0i数控铣床采用旋钮开关实现工作方式切换控制通过查找输入信号地址如下:X2.3X2.1X1.7三位格雷码通过内部继电器信号R

转换为三位二进制信号R805.2/R805.1/R805.0MODE：工作方式转换信号，地址：R0100.MD1：工作方式选择信号1，地址：G0043.PMC数据备份与恢复的通信接口主要有：2，而该点的状态为0（有喷淋时应为1），于是故障点可以确定为在有切削液正常喷出的同时，这个流量开关未能正常动作所致MODE：工作方式转换信号，地址：R0100.当使用MDI方式时，操作面板上的循环启动CYCLESTART，START灯亮，查PMC梯形图和参数，均正常，说明CNC信号已发，X轴启动条件已满足，但伺服不执行，所以可将故障缩小在X轴伺服单元上。（1）故障现象：FANUC0i数控系统的数控车床，产生99号报警，该报警无任何说明。旋钮在自动工作方式档位，使CNC处于自动工作方式，自动工作方式指示灯亮。（1）故障现象：某数控机床的换刀系统在执行换刀指令时不动作，机械臂停在行程中间位置上，CRT显示报警号。AUTO：CNC处于自动工作方式信号，地址：R0100.4、PMC编程实例分析AUTO-K：自动工作方式按键输入信号，地址：X00.3的导线与接线端子接触不良，导线在端子里松动的；实例1、刀架控制故障分析MEDT：CNC处于编辑工作方式确认信号，地址：F0003.二进制码变换CODBSUB27二进制码变换。在该命令的内置变换表中设置数值，表号（0~255）用二进制数据指定。数据值写入变换数据输出地址。所用数据均为二进制码表示。建立数据表：工作方式工作方式数据表表内号（R0100）旋钮数据（G43）二进制十进制十进制二进制自动00011100000001

编辑

00102300000011手动数据输入00113000000000远程运行010043300100001回参考点0101513310000101手动连续进给

01106500000101

增量进给

01117400000100

手轮进给

10008400000100调试验证控制功能将工作方式切换旋钮切换到自动工作方式位置，观察自动工作方式指示灯是否亮；在“PMC梯形图显示”画面下观察相关信号状态是否被改变，改变之后状态是否正确；画面状态栏是否显示“MEM”

拓展练习1.回参考点工作方式PMC控制的流程和实现方法。2.手动连续进给工作方式PMC控制的流程和实现方法3.增量进给工作方式PMC控制的流程和实现方法。4.手轮进给工作方式PMC控制的流程和实现方法。5.按键操作切换工作方式工作方式二进制编码PMC控制主要相关信号X信号：AUTO-K：自动工作方式按键输入信号，地址：X00.0；EDIT-K：编辑工作方式按键输入信号，地址：X00.1；MDI-K：手动数据输入工作方式按键输入信号，地址：X00.5DNC-K：远程运行工作方式按键输入信号，地址：X001.1REF-K：回参考点工作方式按键输入信号，地址：X001.2JOG-K：手动连续进给工作方式按键输入信号，地址：X002.5INC-K：增量进给工作方式按键输入信号，地址：X001.6HND-K：手轮进给工作方式按键输入信号，地址：X0026.7。(2）故障检查与分析：调出诊断功能画面，发现诊断号000为1，即系统正在执行辅助功能，切削液喷淋这一辅助功能未执行完成（在系统中未能确认切削液是否已喷出，而事实上切削液已喷出）。查阅电气图，发现在切削液管道上装有流量开关，用以确认切削液是否已喷出在执行M8指令并确认有切削液喷出的同时，在PMC程序的信号状态监控画面中，检查该流量开关的输入点X2.2，而该点的状态为0（有喷淋时应为1），于是故障点可以确定为在有切削液正常喷出的同时，这个流量开关未能正常动作所致(3）故障处理：重新调整流量开关的灵敏度，对其动作机构喷上润滑剂，防止动作不灵活，保证可靠动作在做出上述处理后，进行试运行，故障排除。（3）故障处理：由以上分析可知，PMC的输入信号正常，输出动作执行无误，问题在PMC内部或操作不当。经操作观察，两次换刀时间的间隔大于PMC规定的要求，从而造成PMC程序执行错误引起故障。重新设定存储换刀时间的参数值，换刀过程恢复正常。对于只有报警号而无报警信息的报警，必须检查PMC的数据位，并与正常情况下的数据比较，明确该数据位所表示的含义，以采取相应的措施。2．编辑工作方式：可编辑选定的数控加工程序和创建新的数控加工程序。X信号:X1.7、X2.1、X2.3的格雷码转换为二进制R100.2/R100.1/R100.0，地址：R100。Y信号:自动工作方式指示灯信号地址：Y0024.0。G信号：MD1：工作方式选择信号1，地址：G0043.0；MD2：工作方式选择信号2，地址：G0043.1；MD4：工作方式选择信号3，地址：G0043.2。F信号：MMDI：CNC处于手动数据输入工作方式确认信号，地址：F0003.3。R信号：MODE：工作方式转换信号，地址：R0100.0。MDI：CNC处于手动数据输入工作方式信号，地址：R0100.2。运行方式切换信号运行方式切换信号：MD1-MD4（Mode）运行方式状态显示ZRNDNCIMD4MD2MD1程序编辑EDIT－－011存储器运行MEM－0001远程运行RMT1手动数据输入MDI－－000手轮进给HND－－100手动连续进给JOG0－101手动返回参考点REF1#7#6#5#4#3#2#1#0地址F0003MEDTMMEMMRMTMMDIMJMHMINC地址F0004MREF经操作观察，两次换刀时间的间隔大于PMC规定的要求，从而造成PMC程序执行错误引起故障。MD2：工作方式选择信号2，地址：G0043.（3）故障处理：由以上分析可知，PMC的输入信号正常，输出动作执行无误