《数控机床故障分析与维修》课件第3章

第3章数控机床故障分析的一般方法3.1“孤立体法”与独立单元分析法3.2观察检查法3.3自诊断功能法3.4接口信号分析法与信号追踪法3.5PLC程序法3.6NC与PLC间信号交换检查法3.7参数检查法3.8更改状态识别法3.9功能程序测试法3.10测量比较法与信号强制输入法3.11试探交换法(替代法、交换法)3.12其它方法与名称3.1“孤立体法”与独立单元分析法

3.1.1独立单元分析法独立单元的涵义：

独立单元——具有一定功能与简单适配关系的、可与系统中其它部分/环节相结合的独立部分。独立部分

可以是一个装置、一个系统，一个元器件。甚至一根电缆或一个节/接点。一定功能

独立部分具有特定的传递、放大与转换等功能。适配关系

是指各独立部分本身只对特定的输入与输出信号作用，而I/O信号之间具有一定的匹配关系(大多为比例关系)。在分析工作中，经常利用独立单元的I/O接口信号状态分析来判定它是否有故障，称之为“独立单元分析法”。

独立单元分析法当独立单元输出不正常时，先查其输入正常与否。如果输入正常，则独立单元本身有故障。

——因它丧失了应有的特定功能(丧失了I/O信号间确定关系)。如果输入不正常，则向前追查前一个独立单元或考虑“负载效应”。从图3.1.1中，应该注意到下面几个特点：

(1)

独立单元的输入包括：正常输入与干扰信号输入。正常输入：先了解所关心的独立单元是有源的还是无源的。

——即：是否需要动力源(例如电源)。

·

有源独立单元的正常输入包括：电源输入与信号输入。

——所以，分析时电源不可忘！

例如：数控系统的硬件结构，可看作：电源系统、控制与位检系统，驱动放大、电机与传动系统等四个大独立单元组成。

·

不同性质的电源，有不同的输入与输出。干扰信号是一种不正常的输入。因此，为保证独立单元正常工作，除了单元本身完好之外，独立单元应该具有良好的防止干扰与抗干扰的措施。

图3.1.1独立单元可能有的输入与输出

(2)

数控机床中有三种电源：交流电源、直流电源或电池。

·

直流电源与直流电压：数控机床上数控系统(包括CRT)工作电压常见要求为±5 VDC。数控系统的I/O接口电路与一些直流电器工作电压要求：±12 VDC、±24 VDC。这些直流电压由一个或多个直流稳压电源供给。

·

交流电源与交流电压：控制电路中交流电器的工作电压可能要求为36VAC、48 VAC、11 VAC、220 VAC等，或者三相380 VAC。各种交流电压是通过变压器与低通滤波器等组成的供电系统提供的。需要了解主轴与各驱动轴电机是直流电机、单相还是三相交流电机等。它们分别要求不同的电源及其电压。需注意供电系统是集中供电还是分散供电、正常电源信号输入与输出的电压及其波形。

·

电池：电池供电系统，由电池、电池夹及其充电电路(充电器)等组成。电池本身有寿命问题——有充电次数的限止。超过寿命极限，电池丧失化学反应与存储电能的能量——失效。另外，还有电池质量与性能好坏问题，性能下降或质量不好，会是短寿的。当用直流电压表测得电池输出电压不足时，为确定是否电池本身问题与是否需要更换电池，必须查电池输入——即查前级充电器的输出与电池夹的接触是否良好。

充电器的输出不正常就与其输入的各种因素有关。例如无输入或输入不正常，可造成电池失电时间过长(或充电时间过短)有关。成因可能是：交流失电、充电器的输入接口或上级直流电源输出故障，或者充电器本身故障。充电电路给电池的输入是直流电压，电池经化学反应存储电能，输出为一定电压的直流电(例如1.25V)。//例如，MNC863T系统主板可充电电池有三节，每节电池正常时1.25V。每月累计开机时间必须>10小时，否则，电池存储能量不够，输出电压不足。//当排除电池输入的各种问题后，则是电池本身失效故障。

(3)

电缆线可分成两类：电源电缆与信号电缆。

一根电缆线可看作一个独立单元，一般应该是1:1地传输输入信号。电源电缆与信号电缆，显然具有不同的性质与特点。电源电缆线不仅具有电阻还有分布电容。电源电缆因电流热效应会发热。它对电磁波有感应效应。它具有额定的电容量。它的外皮材料因温度效应而老化、因机械效应而出现疲劳与蠕变等等。数字信号或开关信号电缆要求有抗电磁干扰的屏蔽层并且屏蔽层可靠接地。因此，电缆线的截面与长度、电阻大小、有无屏蔽与接地的特殊要求，是必须了解的。还必须分清电源线与电源地、信号线与信号地、屏蔽地。

一个节点/触头/接点也可看作一个独立单元。线缆的接插点或接线的接点、机床电器的触点都可以当作一个独立单元。当某点无输出时，查其有无输入信号。如某点输入正常而无输出，则为该点接触不良故障。成因有：虚焊/虚接、氧化或腐蚀、污染等等。接触不良还会产生交流噪声(例如常在电动机与变压器的接线端子出现)。接触点电化学反应也会产生电噪声(例如：一些接地点)。特别是：接地点分成“模拟地”、“数字地”/“逻辑地”、“功率地”、“机床地”等，分别有不同的接线与电阻要求。

(4)必须了解所关心的独立单元正常功能、正常I/O信号的类型与状态。

一个大系统又可由许多小的独立单元所组成。独立单元的大小是按照诊断分析进程的需要来划分的。从故障大定位到故障精确定位过程，实际上是逐渐细分独立单元、逐步逼近故障点的过程。为了分析系统输出变化规律及其成因，系统框图提供了直观而简洁的视图——用来显示系统由哪些独立单元/环节所组成与相互的连接关系，便于分析与追踪信号。

3.1.2各类框图表示法独立单元之间按照一定适配关系连接起来，可以构成一个具有某种特定功能的“系统”——即一个较大的独立单元。独立单元的连接图，就是“系统框图”。由于可以根据需要来选择独立单元的大小。所以，系统框图也可分成全部与局部。粗略分析时采用粗略的框图，精定位时采用局部框图。

常见框图种类：

·

系统组成框图按功能件(装置)/独立功能单元组成。注重于“功能”。

·

系统连接框图反映器件/装置/独立单元间电缆或接线关系。注重于“连线”。

·

系统结构框图以模块/独立电路结构为独立单元。注重于“构件”。

·

控制系统框图按信号的控制与反馈关系的系统框图。注重于“控制与反馈”。图3.1.2所示的系统组成框图，主要显示步进电机与步进驱动系统。

图3.1.2KHD200型数控铣床的系统组成框图

图3.1.3KHD200型数控铣床系统连接框图

图3.1.4MNC863T数控车床系统组成框图

图3.1.5MNC863T数控车床的外部连接关系框图

图3.1.6数控车床(两轴系)控制系统结构框图

图3.1.7一般液压伺服控制系统框图

一般来说，在初步故障类型判别(机/电、强电/弱电、硬/软)与大定位(机床侧/CNC系统侧、伺服驱动部分/位置检测部分)时，选用系统组成框图。例如：图0.1.1～图0.1.3，都是系统组成框图，只是涉及的范围不同。这种粗略的系统组成框图，对所有的数控机床都适用，可以认作是共性的东西，是需要记住并且应该随手可画出的。

然后，进一步分析时，可采用系统结构框图。例如：CNC装置的结构框图，可以清楚地了解具体构件，也具有共性。有时，往往同时把它们的连接关系也表示出来，以利分析。例如下节中的图3.2.1所示MNC863T的电源连接关系框图——就是一种采用结构与连接的组合框图——即有共性，又有个性。在查阅系统框图中需要注意个性的反映：变压器、直流电源是共用一个，还是各自配有的；CNC装置是与PLC、位置控制器是分立的还是组合成主板的。再如：传动装置是皮带、齿轮还是电磁离合器。电动机是步进电机、直流电机或交流电机。以及，电磁抱闸还是电磁离合器制动等等。

然后，进一步分析时，可采用系统结构框图。例如：CNC装置的结构框图，可以清楚地了解具体构件，也具有共性。有时，往往同时把它们的连接关系也表示出来，以利分析。例如下节中的图3.2.1所示MNC863T的电源连接关系框图——就是一种采用结构与连接的组合框图——即有共性，又有个性。在查阅系统框图中需要注意个性的反映：变压器、直流电源是共用一个，还是各自配有的；CNC装置是与PLC、位置控制器是分立的还是组合成主板的。再如：传动装置是皮带、齿轮还是电磁离合器。电动机是步进电机、直流电机或交流电机。以及，电磁抱闸还是电磁离合器制动等等。

有关独立单元之间连接关系问题，在粗略的框图上是看不出来的。所以，在利用系统框图分析故障成因时，应该注意以下三个方面的问题：

(1)

I/O的匹配关系。有不少独立单元间有专门的I/O装置或称I/O接口装置。例如：变压器、光电耦合器、RC阻抗器等。接口装置的良好与否关系到信号的传递。有的只是简单地要求接有匹配的输入或输出电阻。

(2)

有连接就有接触问题。接触不良是最为常见的故障。

(3)

独立单元间一般由导线或电缆连接。用作信号线的电缆可分成：同轴电缆(高频信号用)、多线的带屏蔽层的电缆(有屏蔽接地问题与屏蔽良好与否的问题)、与扁平电缆(应该注意折断问题)等。

3.2观察检查法

这是一种“现象分析法”，或称“常规检查法”。凡在现场，维修人员根据感官(眼、耳、鼻与手)感觉来分析、判断故障的，均可归入此种方法内。所以，这种方法，既包括了修前准备中现场调查的内容，还包括了电源及其接口的检查、电缆的屏蔽与接地检查、机床参数设置的检查、状态参数检查等。

常规检查内容

·

外观检查——即“直观法”。先静后动，先外后内原则，检查机床外观有无异常。不少故障表面上是系统故障，实际上是机械与接触故障，易用直观法找出故障部位及发现成因。

·

预查软故障——先一般后特殊、先软后硬原则。首次使用的机床中，较多见的软故障为开关位置错误；调试阶段易出现参数设置与程序错误、环路中电位器设定错误、短路销选择错误；维修后机床的线路修改错误等。所以，可按照技术手册与控制中逻辑关系来检查。

·

电源及其接口检查——先公后专原则，检查LED状态、保险丝、电压与波形。新/刚修后机床，应查直流电源与接口电路阻抗匹配问题。电源板故障大多由稳压管损坏引起。老的或久置后的机床应注意接口检查。

·

接地与屏蔽检查——是否符合技术要求，有无接触不良情况。

·

接线、电缆与接插件检查：交流负载的电缆相序是否正确、移动电缆损伤与断线、线路板污染后的短路、接插件的接触不良等等。

·

机床数据的检查——故障出现时CRT上显示的数据信息。

(注意：实际中，具体问题具体分析，可以跳过某些内容与步骤。)

1.外观检查在现场调查中的外观检查——直观法检查时，维修人员先用人体的感官，采用望、闻、嗅等来注意发现故障发生时所伴随的各种声(噪声)、光、热(异常发热)、气(焦糊味)、色(发热元件表面的过热变色、烟熏黑或烧焦、金属烧结的亮点等)、形(磨损、破损、断裂、移位、松动、脱开/压合、形变)、异动(冲击振动与爬行)等异常现象，由外向内地(遵守“先外后内”的原则)观察设备的外貌与外部连接以及内部器件的形貌，以判断故障可能发生的部位。有些故障采用这种方法往往可以迅速找到故障成因。例如，驱动单元内的电容与大功率管容易被击穿，就可能在驱动印刷板上有黑烟痕迹并留下焦味。

利用视觉在电气方面，可分别观察：熔丝是否熔断以及熔断后的颜色(见表4.1.3)；空气断路器与热继电器等保护装置是否脱扣；接触器、继电器与各类开关的触点是否烧蚀或压力失常；大功率管与电解电容、变压器等发热器件有无发热变色与膨胀变形；各线路板上元器件有无发热变色、松动、移位、破损、断线或脱线；冷却风扇转动是否正常；移动线缆的外形是否老化折裂；各电缆接口有无异常；接地点有无锈蚀等等。在机械方面，注意观察：传动链组件间是否间隙过大；固定锁紧装置是否松动或锈住；工作台导轨面、滚珠丝杠、齿轮及传动轴等表面的润滑是否正常；运动器件是否有明显的磨损、碰撞与变形现象等。

加工后工件表面有振纹情况：振纹具有明显周期性以及周期的大小可以反映是传动链中故障所在；而周期性不明显的，如果细密则可能是环的增益或刀颤问题；如果无规则振纹，则可能是传动链中的松动或传感器的松动、刀具磨损等所致。

例3.2.1KMC-3000SD型龙门式加工中心，在安装调试后不久，Z轴运动时出现偶尔报警：轴的实际位置与指令不符。直观法发现：Z轴编码器外壳被撞变形。故怀疑编码器受损接触不良。故障点测试表明成因属实，更换新的后故障排除。

//在新机床开箱检查、安装及运行前应该进行机床外观有无受损方面的检查。//

例3.2.2

XHK716立式加工中心，在安装调试时，时而出现故障现象：突然CRT显示器无显示，而机床还在继续运转；停机后重新开机一切正常。现场调查发现：每当车间门式起重机经过机床上方时，往往就出现此故障现象。初步判断为基础振动造成显示板接口接触不良故障。检查显示板上电路与器件的外观与接线。发现：有一晶振的引脚缺少焊锡。停机断电，取下显示板，补上焊锡、将上面所有集成块向插座紧压一遍、用药棉蘸无水酒精清理接插头与插座后，重新插好。故障排除。

//显然，是调试前的清理与检查未作好，留下的隐患。//

例3.2.3

一台数控磨床，在程序运行中，进行修整砂轮后，程序不再往下进行，无报警显示。外观检查操作面板各开关正常位置时，发现钥匙开关置错位置。纠正后一切正常。

//不熟悉操作面板开关位置时，先在维修手册上查出相关开关的代号与地址，现场可以调用诊断画面，查对应的实时状态，状态对比后，可以得出操作错误的信息。//

利用听觉利用听觉来发现各种因故障而产生的异常声响并寻找声源。例如，电气方面：电源变压器、阻抗变换器与电抗器等，会因铁芯松动或锈蚀等引起铁片振动发出吱吱声；继电器、接触器等磁路间隙过大、短路环断裂以及动静铁芯或衔铁轴线偏差、线圈欠压运行等原因会出现电磁嗡嗡声；接线或触点的接触不良出现的呲呲声；电气元器件因为过流或者过压失常运行时出现的击穿爆炸声；电刷严重磨损等出现的丝丝声等等。

在机械方面、气控器件或液控器件的异常声响，主要表现为传动副之间缺少润滑而研磨的摩擦声；零件的松动、运动部件表面的点蚀或者相对表面间存有异物时出现的撞击声；漏油、漏气或漏液出现的泄漏声等；以及轴的动不平衡、不对中或弯曲等产生的异常声与振动都属于低频振动。当轴不运转时也出现的高频异常声响或者轴的摆动，并且与运转速度无关的，一般与电流环或者速度环的增益过大有关。因此，根据异常声音的频率，以及对比相同构件的运行与声响，可以初步判断故障类型及其部位，并决定故障点测试的合理手段与方法

例3.2.4JCS-018立式加工中心，在加工过程中Z轴突然出现异常振动与噪声，无报警显示。立即停机，分开丝杠(故障隔离)后试车时仍有振动——排除了机械传动机构故障，大定位为Z轴伺服系统电气故障。由于Z轴伺服单元无报警，所以怀疑是Z轴电机故障。将Z轴伺服单元来驱动Y轴电机(试探交换法)时无故障现象。故断定Z轴电机故障，更换之故障排除。

//注意：采用交换法时应该避免产生“扩大故障”的后果。这里如果用Y轴伺服单元来驱动Z轴，显然振动依旧——习惯上称作“故障转移法”。我们不建议采用转移故障方法，因为这样有可能因电机的“负载效应”会将好的伺服单元损坏。//

2.预查软故障外观检查时，要深入调查。查阅操作记录与维修档案，与操作人员详细交谈，了解故障发生的背景情况，以充分掌握机床信息。这些调查无疑对迅速排除故障是有利的。例如，是否有人动过机床，更改过机床参数、程序、短路选择、电位器设定、线路以及软件开关等等。并且在现场，需要对这些可能被修改的内容逐一检查。这些内容，显然是属于“软性故障”。所以，这部分工作也就称它为“预查软故障”。

例3.2.5

某单位数控加工是三班工作制。一次在接班后，一台数控车床一进行加工即出现刀具急剧磨损、加工质量差现象。换刀后故障依旧。无任何报警。操作员(一位实习学生)马上调出机床参数画面，检查参数设定。发现电流参数被修改而影响了刀具寿命与加工的稳定性。原来是人为设置的故障。

例3.2.6

某厂8N系统在调试时出现多出10排孔的错误。原以为是机床数控系统的故障。计划了故障判别流程。最后在检查R参数时，发现是计算出错而造成的编程错误。

//显然，对的CNC系统首次使用时出现的故障，绝大多数是属于软性故障，即编程与参数设定方面的问题。所以，应该“先软后硬”先查相关的软件与参数。//

3.电源及其接口检查读懂电气图：在修前技术准备时应该查阅机床的电气手册，了解设备的供电系统的组成、分布与连接，元器件的技术装备及其备件情况。因为，数控系统组成的各个部分都需要电源供给，并且各自的电源要求不同。

例如，在阅读电气图后，可以画出机床的电气连接框图。图3.2.1为MNC863T数控车床电源连接框图。由图可知：总电源是否正常，不仅与电网输入是否正常有关，还与机床钥匙开关、机柜总空气开关以及机柜门微动开关的位置正常与否有关；三相滤波器工作状态是与输入电源电压是否受干扰相关；后续电源供给受控于空气开关的正常工作；两个伺服轴共享一个三相伺服变压器，该变压器不正常，两轴系就均不能正常运行；配电盘变压器将380V交流电分别转换成220V与24V交流电为直流电源与24V电源板供电，直流电源的两种输出分别为主机主控板(包括显示器)以及I/O电路供电，24V电源小板为控制电路中电器供电。注意：电气连接图上的每根连线应该理解为两对接点与一条线。这里又可划为6个大独立单元(图3.2.1中每个虚线框为一个大独立单元)。所以，读懂电气图是诊断工作的基本功。

图3.2.1MNC863T数控车床电源连接框图

·

诊断中电源不可忘记！当设备出现故障时，要根据故障现象分析与故障大定位后，来决定先检查哪部分的电源供给系统。

//就像电视机不亮，首先你会查电视机的电源指示灯亮不亮。不亮，你会查同一线路的灯亮不亮？灯亮，表明总电源是好的。接着你才会查插头是否插好、是否电视机保险丝熔断……如果电源没问题，你就会看看别的电视机有无音频与视频信号……//

·

电源供给的不同类型(交流电源、直流电压或电池)系统及其不同技术指标。

·

当数控装置系统出现故障时，(根据独立单元分析法)首先检查它的直流电源输入是否正常。

也就是将数控系统的直流电源插头拔下，测量插头的直流电源各输出点电压是否正常。如果不正常，在断电情况下，检查＋5V与0V点间的直流电阻应该在40

左右。如果不正常，需要修理该直流电源。如果直流电源输出电阻正常，则应查直流电源的输入——交流输入电压及其波形。交流电源电压波动一般在－15％～＋10％范围内波动。如果不正常，需要查交流电源的滤波器、或考虑安排与其它设备分离的专用电源线、或安装交流稳压电源，以克服电网的大波动与干扰。如果交流电输入正常，则表明直流电源存在问题。直流电源中故障大是多由稳压管损坏引起，部分是由于电容的击穿问题。

·关于电源线连接。数控系统的I/O信号接口电路需要的直流电源电压，往往是可以分别选择＋5V、＋12V或＋24V。不同的直流电源电压，分别需要在系统的I/O接口电路与电源端口间串接不同的电阻，以满足阻抗匹配。例如，KND-200系列的数控系统，必须分别串接1.8k

去连接＋24V，100

去连接＋5V。所以，对于新机床或维修后的机床的电源检查中必须注意直流电源与接口电路阻抗匹配问题。再根据情况，需要检查各级的电源线连接情况、交流输入线是否与外壳连通、逻辑地是否(应该是)与直流地及外壳接通，等等。

4.接地与屏蔽检查

·

NC上所有接地导线是否按照说明书规定的足够截面(例如：＞2mm2)与限定的长度(例如：＜20M)，以保证接地电阻足够的小(例如：CNC装置的接地电阻不能大于1Ω)。(在后面章节将详细介绍接地问题。)

·

接地导线不能构成回路。

·

屏蔽线是否良好接地等。

不同数控机床可能有不同的接地要求。

//例如MNC863系统的要求为：

a.保证电气设备、带电金属外壳与机床总接地端子间的阻抗＜0.1

。

b.系统的“逻辑地”与“伺服地”在机床侧就近单独接地，以保证“逻辑地”与大地间阻抗＜0.1

。具体做法是：从主机柜中数控系统的接地点引一根粗铜线接大地。

c.系统机壳应与机床外壳接通(接线电阻＜0.1

)

d.系统＋5V不应与外壳接通；保证系统＋5V对“逻辑地”的电阻＞35

。

e.配电盘＋24V与24V地均不应与机床外壳接通。

f.伺服变压器输出的AC220V线不得与机床外壳接通；保证各AC220V线与保护接地端子间的绝缘电阻＞50M

。

g. NC端所有电缆的屏蔽点均与机床外壳接通。//

5.接线、电缆与接插件检查对于调试阶段与刚维修后的机床需要检查：是否按照接口说明书的设计来安装电缆插件，以及电缆与模块接插是否牢固；线路板连接是否正确；是否所有集成电路上器件正常而无变形等等。长期闲置或缺少维护的老机床，电缆的疲劳破损、接线点的氧化与腐蚀等会造成信号传递中的各种故障。

//例如，图3.1.5

MNC863T数控车床的外部连接关系框图，采用了国际上流行的大模块多总线式结构。它主板上的86芯总线包括了三个总线插槽：X10、X20与X30插槽，它们分别与对应相同号的模板接插。每个插脚都有对应的信号定义与具体说明，便于故障分析与检查。//

6.机床数据的检查根据故障现象分析，如果怀疑是软件故障，可以分别检查机床的数据或参数是否正常、有无被修改、设置有无错误。必要情况下，由外接计算机、利用专有的系统软件，可以执行数控装置中机床数据的清除或初始化，之后，再重新将正确备份数据输入。检查是否可以消除故障。

//例如，对于SINUMERIK802S数控系统，可以通过它的软件工具盒中的TRANS802.BAT与机床数控系统进行通讯，可以加载或卸载各种数据。//

3.3自诊断功能法

自诊断显示的形式与故障信息软件报警：CRT上显示的报警号或报警信息。硬件报警：系统装置(例如伺服单元)、模板(例如电压模板、伺服板)/印刷板上的指示灯、七段数码管与报警灯。信号诊断的实时状态表：CRT上调用诊断画面，或主控板上、或伺服单元上的七段数码管相应段的点亮或不亮来显示实时状态的ON/OFF，来获得如下有关的信息(参见表2.3.4)。a.面板各开关/按钮/旋钮等器件与接线实时状态。b.内部状态信号诊断的显示。c. CNC与MT间、CNC与PLC间、PLC与MT间的I/O接口状态。例如：SINUMERIK802S这种经济型数控系统的伺服驱动器上，以发光二极管进行硬件报警。另外，它的PLC实用程序(LAP)除了对NC、机床面板的信号进行处理，实施对急停及超程信号的监控，对坐标轴、轴、架、冷却与润滑等功能进行控制之外，也在被监控的信号存在问题时进行报警。通过CRT屏幕上的报警文本(如表3.3.1所示)，可以了解有关报警号的故障成因及其排除方法。

表3.3.1SINUMERIK802S报警文本

MR-J2型伺服放大器(其前板面如图3.3.1所示)，是一种数字式伺服放大器。在其前盖下有七段显示器与四个设置键。可以通过模式切换(MODE键)、设置按钮(SET键)、向上键(UP)与向下键(DOWN)，在七段显示器上进行伺服参数的设置。又可查阅各参数设置情况。在选择信号强制输出模式(OUTPUTSIGNALFORCEDOUTPUT)下，进行手动进给、伺服电机转向试验与速度调试，以及不启动电机的情况下检查伺服放大器的输出等。在选择报警模式(ALARMMODE)时可以在七段显示器上显示报警号来显示欠压、过压、过流与过载等硬件报警内容。它还能外接报警器或报警灯。

在线状态下，七段显示器的“8”字上半部线段分别可以显示是否力矩达极限、位控、清除、复位、伺服启动、急停与正反限位等输入信号的实时状态。其下半部线段分别可以显示它的输出信号状态，诸如：编码器反馈脉冲信号、扭矩报警、到位、扭矩达极限、零速信号与伺服准备好等。

图3.3.1MR-J2型伺服放大器

图3.3.2MNC863T数控车床加工时CRT的显示画面

图3.3.2所示为MNC863T数控车床加工时CRT的显示画面。CRT上部显示：按复位键后自动方式停止时加工的程序段(当进入自动方式后，若加工区中无加工程序时就会显示“FILL”)、采用绝对坐标系、加工的工件计数，错误信息No.2——加工程序出错的程序序号；下部显示：现时工件坐标值(ABS中)、主轴实际转速、当前刀位号、系统已执行过的辅助功能、现时机床拖板的移动速度、故障出现时的时间以及报警号。显然，如果操作员记录下故障发生时的CRT画面内容，查维修说明书上关于报警号的说明，将有利于故障分析与定位。

例3.3.1

MNC863T数控系统，通电后出现不能动作故障，无任何报警显示。

修前技术准备

·

查阅维修记录：这是一台处于正常使用期的老机床，无此类故障记录。

·

查阅技术资料与维修手册，以机床为研究对象，画出与机床输入与输出动作相关的系统框图，如图3.3.3所示。(机床MC，在这里包括了主轴与伺服单元等所有运动轴系。)

·

备好常用工具与维修手册、电气图与电器说明书等资料。准备好电源连接图(见图3.2.1)。

图3.3.3与机床动作有关的系统框图

现场工作修前调查(先静后动)得知：故障发生前未发生停电，电源电压显示正常；工作地环境如常。日常维修记录似乎完整。老操作工正常。外观检查(先外后内)无明显异常与无任何危险迹象。机柜门的微动开关完好。合上总电源给系统上电后，CRT显示正常；电柜内系统主板右下方主控板硬件报警红灯不亮，说明主控板正常。据理析象故障特征：正常使用期老机床、主控板与CRT正常，但不能动作。故障类型：初步定为硬件故障。

由独立单元分析法：正常电源输入而机床不动作——无输出。

MC有输出：按指令规定的顺序/路径/参数作各种动作/运动——正常输出报警显示的正常输出MC无输出：不动作、不报警输入→MC→输出对于正常使用期的老机床，容易出现器件、线路或线缆故障。

罗列成因

以机床(包括所有轴系在内的整台机床)为独立单元来分析。有故障不报警是一种无输出，不动作也是机床的一种无输出。它们都是输出不正常问题。根据独立单元分析法，输出不正常先查输入。先公后专、先输入后负载地分析机床的输入。注意：“不能动作”是所有的执行运动部件都不工作。所以，最可能的成因必然是与共同的主电源回路(见图3.2.1)、液压、润滑与冷却系统、主控器、总线及其装置以及主令电器有关(后面以“相关”来代替这些最可能的成因。)图3.3.4机床(MC)输入

启动自诊断不报警的可能成因分析：① CNC主板电源或主板本身故障(这里，在外观检查中已排除)；②总线与I/O接口不良造成指令信号不能下达以及后续单元故障信号不能反馈；③故障成因不属于报警显示内容范围。(需要查维修手册，系统的报警内容)；④偶然干扰造成的参数混乱；⑤

报警系统继电器及其线路不良而不能报警。

由观察检查可排除总电源回路、主控板与总线故障，以及机柜保护用微动开关故障。最可能的故障成因：参数混乱，以及主令开关、液压、润滑或冷却系统故障。——因为它们关系全局(主令开关有：机床启/停、急停、机床锁住、复位。)确定步骤首先考虑：机床输入有硬件动作信号输入与软件(程序与参数)输入。先软后硬——先查参数。先公后专—— 先关心共有的器件，以判断故障性质究竟是软的还是硬的。因为CRT显示正常，主板正常。虽无“启动诊断”报警，但可调用诊断画面。查维修手册上“报警一览表”有关主令开关、液压、润滑或冷却系统故障不在表格中——说明故障超越了启动诊断报警的内容范围，所以，无报警。确定诊断步骤与方法如下：

调用参数设置画面

因为是连续使用，又无停电事故，参数无混乱现象。

接口分析法

·

列出最怀疑部位：润滑与冷却系统、机床启/停、急停、机床锁住与复位开关。

·查出(从维修手册上)相关部位信号标志位代号及其意义，如表3.3.2中带框字。可查得相关诊断位地址含义，系统采用正逻辑：“1”即“ON”,“0”即“OFF”。

表3.3.2MNC863T数控系统自诊断各位的定义

续表

确定正常/标准逻辑状态：根据机床电控特点，开机时相关接口信号应该具有的状态(见表3.3.3)。

表3.3.3状态对比表

表3.3.3状态对比表

调出诊断画面(见图3.3.5)：查相关接口信号的实时状态信息。

·状态对比——对照两种信号状态(见表3.3.3)，发现：39C8-2、PB17-3与PB17-0信号实时状态为“1”。而标准状态应为“0”。

故障定位：润滑系统故障报警而导致机床急停。

由电气原理图了解该系统对应的器件——是润滑油路、润滑电机及其单相空气开关(单相断路器)QF12以及电缆(见图3.2.1)。

·

故障点测试：因为润滑故障报警来自断路器QF12开关。所以先查之。  发现该断路器脱扣。

追查脱口原因：润滑油路堵塞是断路器脱口的原因(不查成因不能马上合闸！)。又在断路器合闸时发现其弹簧机构生锈。排除故障更换断路器，疏通油路，故障排除，设备可正常运行。

//需要补充说明：状态对比之后可知，系统实际处于“急停”状态。是润滑系统断路器QF12的脱口动作给PLC输入了润滑故障报警信号，PLC才发出急停信号。脱口——是断路器的的动作输出。一般根据“先查输入后查负载”的原则，查电源输入正常。再查负载的反馈效应—— 润滑油泵电机是否过载—— 查该电机的输入油路是否堵塞。如果都正常，则应该是断路器的误动作—— 本身失效故障。本案例中，显然是因油路堵塞，润滑油泵电机过载，造成了断路器的脱口。//3.4接口信号分析法与信号追踪法

接口信号分析法，是一种利用机床各环节(独立单元)I/O接口信号实时逻辑状态与标准(正常)逻辑状态对比分析，找出故障点的方法。前面已经介绍过，系统框图中的每个独立单元，都具有特定的输入与输出信号。虽然信号可以分成各种类型，但是所有信号都只有两种状态：正常状态与不正常状态。如果按照正逻辑：可以将所有正常状态定义为“1”，不正常状态定义为“0”。那么，无论什么类型的信号状态都只有两种：“1”与“0”状态。

接口信号分析法，首先需要进行故障大定位，才能在众多的接口信号中选择相关的几个进行分析。而故障大定位，必须在观察检查法之后才可确定。另外，在接口信号分析中，实际上又需要结合自诊断功能法、独立单元分析法与信号追踪法等。所以，实际上接口信号分析法是一种综合分析方法。所谓信号追踪法，是根据电气控制中下位单元的状态是受控于上位单元逻辑状态及其传输结果的原理，某单元输入信号不正常就追查其上位单元输出信号，如此逐级追查直到故障定位的方法。

接口信号分析法的步骤

·

勾画系统框图，是由系统工作与控制原理出发，依据与故障现象相关的分析勾画。以便于故障的初步定位——判出最怀疑的部位——故障大定位。

·

查出与怀疑部分相关的I/O信号的意义与标志位。(CRT上或维修手册上查)

·

获得与怀疑部分相关的I/O信号的标准逻辑状态，可从系统参数设置中或从维修手册上查到。也可从电气图上分析出每个器件正常时输入与输出的逻辑状态。

·

获得有关I/O信号的实时逻辑状态，需要在主控板与显示器处于正常的情况下，在调用的诊断画面上查到。

·

状态对比，将有关I/O信号的实时逻辑状态与其标准逻辑状态的对比中，判出故障器件。

·

故障点测试，确定真正故障成因，排除故障。

接口信号分析法也是一种硬件故障诊断方法。其核心在于接口信号的状态对比。因此，它的使用是有条件的。接口信号分析法的使用条件：

·

完成故障大定位：在与故障现象相关的系统框图上确定怀疑的环节/接口。

·

具备状态对比的依据：有相关部分的电气控制图与电器说明书及相关部件的I/O逻辑状态说明书。如果没有，需要测绘。

·可调用诊断画面，以检查相关信号的实时状态：CRT与主控板必须是完好的。

如果不可调用诊断画面时，则可以根据相关独立单元间的信号连接与控制动作流程图，结合信号追踪法与独立单元分析法，向前进行逐级测量分析与故障定位。或者用短路销(短路棒)等方法将所怀疑的环节进行逐级隔离。采用标准信号强制输入法，来观察其输出是否正常。应用接口信号分析法的注意事项

1.同一个独立单元往往有多个I/O接口，须清楚它们的位地址代号及其含义，并作记录。

2.接口信号的状态是随程序流程进行而发生变化的。往往需要重演故障，监视诊断画面来记录程序各环节变化时刻的I/O信号状态变化。如果不可重演故障，或不可显示诊断画面(如果原来或故障发生后无此功能)时，就必须用推理方法来得出。无论哪一种情况，预先画好接口信号状态变化的流程图是必要的。

3.下位单元的输入，即是上位单元的输出。下位单元的输入受控于上位单元的逻辑控制。所以，某单元输出不正常而报警成为报警点时，实际故障点可能是它的上位单元输出不正常。因此报警点≠故障点

例3.4.1

SINUMERIC850系统数控机床中断运行，CRT上报警显示：“1040DACLIMITREACHED”修前技术准备

查报警含义为：“X轴放大器

数模转换

达到极限”。即：由于X轴模拟量＞10V(极限值)而出现X轴闭环中断。画出相关的闭环控制系统的原理框图，如图3.4.1所示。

图3.4.1X轴闭环控制系统框图

现场工作修前调查

X轴正向运行中，油泵突然关闭，中断运行而发生上述报警。按“复位”，报警消失。重启动X轴不动。油泵重又关闭。再次报警。故障特征：X＋移中突发中断，软件报警——X模拟输出超限。外观、电源与环境检查一切正常。手动电机轴无异常声响与振动、无机械阻力。

据理析象报警内容为：X轴伺服放大器输出不正常。根据独立单元分析法，要考虑它的输入与负载效应(电机与制动问题)。故障大定位：X速度环。根据闭环工作原理与报警机理，分析故障现象：

·可以软件报警，表明：CRT与主控板完好。

·

复位可以消除报警，但X不动，然后油泵停止。表明：由X轴停止引起油泵突然停止。所以，可以排除油路故障。

·

报警机理：满足上述不等式。如果参数设置正确，成因就是X轴伺服放大器输出过大。

由闭环原理，成因有三个：输入不正常、负载效应或伺服放大器本身故障。伺服放大器的输入：包括正输入与负输入(见图3.3.4)。正输入：除了电源输入(电源检查正常)外，是来自PLC的指令信号。负输入：反馈信号与机械阻力(传动阻力或刹车保护装置的制动力)外观检查时，没有发现非常机械传动阻力与非法制动。“负载”中：伺服电机没有过热、过载、异常振动与噪声，可排除在外。

有反馈信号——如果无反馈信号伺服单元会有“伺服未准备好”报警。所以，反馈信号故障也可排除。

·

由经验总结：凡“突发”性故障，大多为“接触性”故障。因此判定，故障类型：硬件故障。罗列成因

X进给键跳开故障造成制动、PLC控制器或其I/O接口故障、制动装置故障后突然误动作以及伺服放大器的调节器单元故障。确定采用接口信号分析法。

接口信号分析法

(1)列出怀疑部位为：X进给键、PLC控制器、制动装置以及伺服调节器。

(2)查相关的接口信号位地址及其标准逻辑状态：在CRT上调出X轴专用接口数据块DB32。由说明书查得：X轴地址为k＝0，X轴报警地址为n＝8200。在CRT菜单下，查到有关禁止X轴进给的报警地址及其内容的提示画面，有两个页面是与所怀疑单元的有关。于是，分别在DW3(因为k＝0，禁止位DWK＋3＝DW3)与DW1(禁止位DWK＋1)两个模块接口数据画面上查到所有有用数据，列于表3.4.1中的左边四个栏目。

(3)

接口信号动作流程及其逻辑状态分析：从系统框图上分析接口信号传递关系——接口信号的上下位关系与流程(见表3.4.1中的右边三个栏目)；先搞清相关接口信号在CRT诊断画面上自右向左插脚号(Bit)排序中的位置，列于表3.4.2中。

表3.4.1相关单元的接口数据

表3.4.2正常情况下接口信号的状态

(4)

重演故障。CRT上调用有关接口信号状态的诊断画面——这里是重新启动X轴，来观察实时接口信号。可能需要重复多次观察才行。相关接口信号的实时状态画面情况列于表3.4.3。

表3.4.3实时接口信号的状态

(5)

状态对比。结果是：DW1的Bit10为“0”，而其上位信号(在DW3中)状态正常。伺服驱动单元不能使能故障。故障定位：伺服单元的输入接口为故障点。

(6)故障点测试与故障排除。故障特征为“突发性”，多为接触不良。怀疑伺服单元输入接口接触性故障。停机。拧开伺服单元上该信号接线端子，进行接点清理，并重新拧紧。再次机床通电，启动X轴，一切恢复正常。故障排除。

3.5PLC程序法

PLC程序法，是根据机床电气控制部分的程序化特点(梯形图或控制流程图)，结合系统电气连接图与系统自诊断，进行信号逻辑状态对比分析，找出故障点的方法。

这种方法要求能读懂电气图、能根据控制原理勾画梯形图以及充分应用自诊断。

PLC程序法特点

·

它的分析原理等效于传统的继电器逻辑控制电路分析法。

——理论依据

·

与传统的电路图分析法不同。

——它还可处理PLC直接报警点以外的间接报警点。

·

它是利用自诊断或电器动作状态来获知信号实时逻辑状态。

——与信号正常标准状态的状态对比来判出故障点。

·它遵守诊断流程执行的步骤。

由于PLC程序是机床制造厂根据机床电气控制特点而编制设计的，也就是说，PLC程序的逻辑是完全符合机床电气控制原理(电气控制流程)的。因此，PLC程序法，是与继电器逻辑控制电路图分析法等同，是一种控制信号逻辑状态分析法。也因此，PLC程序法可以实现对机床报警与用户报警的全面处理。PLC程序法诊断步骤来保证故障定位的准确性与高效性，所以具有广泛的适用性。

PLC的用户编程语言常用的是STE-5编程语言。PLC编程时常采用三种表达形式：语句表(STD-StatementList)、梯形图(LAD-LadderDiagram)和控制流程图(CSF，ControlSystemFlowchart)。程序编制时一般采用“模块化结构”，即是把总程序分为单独的、闭合型的程序模块：组织模块(OB)、程序模块(PB)、功能模块(FB)、步进模块(SB)与数据模块(DB)。其中，功能模块是包括了专用控制器的报警功能、计算功能与调试功能等。可通过“语言”来调用这些程序模块，实现组合程序。

PLC程序法的核心也是接口信号的状态对比。接口信号分析法是在故障大定位之后，对怀疑的几个接口信号进行分析。PLC程序法在程序流程分析后就可以进行故障大定位，之后再采用了接口信号分析法。因此，它们在接口信号状态对比分析上的原理是相同的。

PLC程序法的步骤步骤一：按PLC报警号或程序停止的环节，找出：报警点的输入与输出点，及其对应的标志位、计数器或计时器。步骤二：查找与报警点有关的所有的程序段/块、梯形图或动作控制流程图，获得相关信号的标准逻辑状态。步骤三：调用诊断画面，或编程器，读取相关信号的实时状态。步骤四：两种信号状态对比，判出异常信号位置即为故障点。

步骤五：查出故障点对应的元器件——故障器件，进行故障点测试。步骤六：排除故障。根据不同故障：性能/功能/连接或接触故障来决定修复或换件。

注意·

报警点≠故障点·

报警点是受上位逻辑运算影响的·

对应同一报警点可涉及多个程序模块

在应用PLC程序法时，根据机床电气控制原理图，可以在主机上调出其梯形图或控制流程图(具体取决于它编程中采用的表达方式)，找出与控制现象有关的模块。从维修手册上查找有关器件的标志位、代号及其信号的正常逻辑状态。(但是，需要注意的是，日本的数控机床的梯形图往往采用日本自己特有的语言。只有对PLC基本功能、基本表达形式与基本模块结构了解的情况下，才能通过观察控制过程与工艺流程后，破译它而不需要会日文。)当资料不全时，需要测绘画出梯形图，或者根据机床的控制动作流程，画出控制动作流程图。

显然，从PLC程序法的内容与步骤上看，PLC程序法是有使用条件的：

·

完整的电气控制图与电器说明书，以及有关控制件逻辑状态的说明书。如果没有，需要测绘。

·

可调用诊断画面——CRT与主控板应该是完好的。

·

适用于程序中断故障停机时。可以是有PLC报警显示，或者是没有报警形式的情况。

然而，实际应用中，无论有无PLC报警，只要PLC可编程控制器、主控板正常，就都可以应用PLC程序法。这是因为PLC程序法是基于机床电气控制部分的程序化特点与PLC程序的逻辑关系的。无报警时，可调出程序停止时相关的程序模块或梯形图来，(即使没有现成的梯形图与程序模块，也可以分析机床控制动作过程。)画出动作控制流程图。然后，找出程序停止的环节——作为“故障大定位”环节，将它作为一个独立单元来分析其输入与输出。找出该环节相关的所有器件及其信号的代号与正常逻辑状态。如果不可调用诊断画面，也可根据实际情况判出信号的实际逻辑状态。之后，同样可以进行状态对比，进行故障定位。

从PLC报警文本内容看，虽是由CRT显示的软件报警方式，实际可涉及软件故障与硬件故障。在调试阶段，才可能出现程序与参数设置方面的故障。在正常使用期，往往在断电后、电磁干扰、老机床RAM及其电池的失效时才出现参数与加工程序混乱或丢失的软件故障。当环境正常与供电正常的情况下，程序中断故障停机，多由硬件故障引起。在正常使用期的机床，软件故障一般容易检查出来，而硬件的性能与功能性故障往往不易检查。这时，当判定故障类型为硬件故障后，PLC程序法不失为一种有效的硬件故障分析法(例如前面的例2.3.3)。

例3.5.1

一台在正常使用期的SIMENS880系统的德国UFZ6加工中心出现机械手不能自动换刀故障。故障现象：机械手进入刀座后，机床自动中断，CRT报警显示“读禁止”。修前技术准备该机床的床身较大。根据技术资料与维修手册了解到自动换刀工作：其主轴有两种换刀方式—— 立式与卧式。由机械手从刀库自动取刀换刀，自刀库机械手在约3M长的导轨上滑向主轴，并可上下翻动来满足主轴不同换刀方式的需要。滑动是由液压驱动。机械手的换刀动作共分28步。每一步都是在PLC装置接收到来自相应位置接近开关的检测到位后的反馈信号。感应式接近开关分别安装于机械手的不同位置，每个接近开关上都有指示灯来显示其电源接通。根据自动换刀控制工作原理，画出与故障现象相关阶段的机械手换刀动作控制流程图，如图3.5.1所示。

图3.5.1机械手换刀动作控制流程图

机械手移动接近刀库而进入刀座。机械手的拔刀动作是在夹刀继电器动作之后。该继电器是由PLC装置先后接收到接近开关动作信号与到位信号这两个反馈信号之后发出的指令。因此，机械手进入刀座后程序停止的环节为“夹刀继电器的夹刀动作”。继电器不动作，可能是无输入——PLC未发出指令、信号受阻或者正常时输入继电器本身故障。

修前调查

外观与环境检查正常、各接近开关电源指示灯都正常。手动夹刀继电器动作正常。据理析象由修前调查可知，程序停止的环节应该为“到位发讯”。故障机理分析由机械手进入刀座的事实，PLC未能发出夹刀继电器动作指令，有两种情况：一种情况：虽然机械手进入刀座，但是未能到位就中止了。可能因为：机械手因机械故障而受阻；或是移近刀库时PLC未接收到接近开关动作发讯的反馈信号，以致PLC中止了机械手的动作。

另一种情况，机械手进入刀座后到位，PLC未能收到到位信号；或者是PLC在接收到到位信号之前却未接收到接近开关动作发讯的反馈信号。无论哪种情况，在排除了机械手本身可能存在的机械故障之外，其成因都出自两个反馈信号的发出、接收与传递环节。即可能成因为：接近开关或位置开关未能发讯。反馈信号受阻或PLC相应的反馈接口不能接收信号。故障大定位：机械手反馈回路(见图3.5.1中阴影部分)。故障类型：硬件故障。

罗列成因

无反馈信号可能成因：

·

接近开关或位置开关的损坏或移位，不能发讯。

·

反馈线缆或接头故障，未能传递反馈信号。

不能接收反馈信号的可能成因为PLC反馈输入接口故障。确定步骤

因为是程序中断，硬件故障，故决定采用PLC程序法。

PLC程序法先查出相关器件及其信号的名称与地址位： 接近开关S17 位置开关S07

PLCInput

E25.5

E24.6查出信号标准逻辑状态： 1 1调出诊断画出上接口信号实时状态：0 1状态对比： 判出故障点：S17故障点测试：S17——松动移位，与感应铁块距离过大，无法感应信号，从而无反馈信号发出。

排除故障

调整好开关S17位置并固定牢靠。故障排除。在该案例中应该注意到：

·

机械手上不同部位安装多个感应接近开关、位置开关或光电传感器。

·

拖架的频繁移动与振动，易使传感器松动或移位和污染、电缆的弯折疲劳出现短路和断路、电缆接头的松动或污染而接触不良。

·凡程序中断出现在机械手该动作而无动作时，应该首先检查传感器及其电缆。

常见机械手故障现象

·

不动作(不能抓刀、不能自动换刀等)；

·

动作不到位；

·

动作过位撞机；

·

动作不稳(振动)(松动及电机振动!)。

3.6NC与PLC间信号交换检查法

NC与PLC间信号变换检查法是利用NC与PLC之间的信号交换关系来进行故障大定位于PLC还是NC装置的一种综合诊断方法。

工作思路：数控机床在自动加工进行中，发生程序中断停机故障，在系统仍通电的情况下，调用诊断画面：

先查PLC输出信号状态正常与否？ →查PLC的输入信号状态正常与否？ →再查对应NC输出信号状态正常与否？ →来确定故障部位是在PLC还是NC装置故障。这种方法，其实是综合利用了自诊断功能法、独立单元分析法、接口信号分析法与信号追踪法等方法。该方法之所以会被单独取名，可能就在于它的目的是解决故障大定位于NC侧或PLC侧的问题。

这种方法，关心的是PLC与NC之间交换的接口信号。数控机床复杂的多I/O接口，集中地表现在PLC的输入与输出板上。因此，在这种方法分析中，除了要画出相关信号的流程关系图之外，还需要画出相邻单元对应交换的信号交换框图。

例3.6.1

一台处于正常工作期的西门子8M数控机床不能进给故障。故障现象在程序自动运行中，主轴启动后进给轴不动，“进给保持”红灯点亮。修前技术准备

故障特征：自动工作中“进给保持”红灯亮，表明为硬件报警。查阅资料关于该硬件报警机理，从而画出报警系统框图(如图3.6.1所示)与接口信号控制流程图(如图3.6.2上部所示)。

图3.6.1“进给保持”灯报警系统

据理析象根据报警机理与故障特征分析：

(1)进给轴系问题，画出相关的系统框图(即如图3.4.1的闭环控制系统框图)。而由图3.6.1可知，这是PLC输出的硬件报警。

(2)主轴可自动启动表明不是软件故障，判定故障类型：硬件故障。

(3)系统可以进行自诊断并报警，表明PLC芯片是好的；能下自动指令，表明NC主板完好。

(4)若是伺服单元与检测系统故障，伺服单元应有硬件报警或软件显示。但无。

(5)进给保持键自锁或刹车未释放，可能造成NC有“进给保持”指令输出。(注意：如果新程序调试阶段，需要考虑程序中指令错误。)

故障大定位：PLC的I/O接口、进给键与刹车装置。

罗列成因进给键自锁(未释放)、NC与PLC之间有关“进给释放”的通讯接口或连线故障、刹车不能释放。确定步骤外观检查→重演故障→采用接口信号分析法与NC与PLC之间的信号交换法进行故障大定位于PLC、NC还是其它部位。→故障点测试→排除故障。现场工作

外观与环境、电源检查，都正常。释放进给键，无危险检查后，开机重演故障。

接口信号分析法

·

查出所怀疑单元的相关接口信号代号与标志位(查技术资料或调用CRT上)标于图3.6.1上：PLC的输出接口信号F13.0与其输入接口信号19.0。

·

画出并分析相关接口信号控制流程图(图3.6.1中箭头连线以及图3.6.2第一行)。

·

查找或分析相关接口信号的标准逻辑状态，如图3.6.2所示。

·

调用相关的诊断画面。查出相关接口信号的标准逻辑状态。见图3.6.2。

·

状态对比：由图3.6.2可见，以PLC装置作为研究对象(独立单元)：

PLC装置输出不正常是由于其输入信号19.2不正常所致。

图3.6.2与“进给保持”灯相关的接口信号动作流程与状态

NC与PLC间信号交换法

PLC输入不正常是否就可认为是NC装置问题呢？这里需要进行故障大定位：是NC装置问题还是PLC输入板问题。首先了解NC与PLC间交换的信号是什么。诊断画面上PLC输入信号19.2实时状态，是PLC对其输入板接口的巡查测试的结果，而不是来自NC的高电平指令信号。正常状态下PLC应该接收NC的高电平指令信号，为＋24VDC，对应正常逻辑状态为“1”。

事实上，来自NC的指令信号是经过了几个中间环节，才输入给PLC的(如图3.6.3所示)。中间环节，包括了NC的输出接口接插件、电缆与PLC输入板接口电路与接插件。可以将中间环节又分成PLC输入板的内与外。NC与PLC间信号的交换看作在输入板的“信号交换点”进行。这里“信号交换点”包括了PLC输入电路板接口与接插件。应该将“信号交换点”作为一个“独立单元”来分析(见图3.6.3)。其输入信号为指令信号，输出信号为19.2。这样的部位划分合理，信号关系清晰。

图3.6.3NC→PLC输入板间信号通道上的中间环节

交换信号测试将图3.6.1中PLC输入板间相关信号19.2的插头拔开，查NC的输出信号——也就是“信号交换点”的输入信号。断开后，测量电缆端口输出信号——也即交换点的输入信号。实测为＋24VDC，其对应的实际逻辑状态为“1”。所测结果表明：“信号交换点”的输入信号正常。

故障大定位：PLC输入板及其接插件座故障(交换点输入正常而输出不正常)。断电，清洁输入板接插件，重新接插后再通电故障依旧(不能修复！)。

故障定位：为PLC输入板接口电路故障。

排除故障

更换PLC输入板后，故障排除。

3.7参数检查法

参数检查法是在CRT上调用参数设置画面，利用检查参数来判定故障类型、确定诊断与排除故障的方法。在前面观察检查法中介绍的“预查软故障”，是在现场调查中，根据调查内容与故障现象，往往需要先软后硬先查参数。这种方法的使用前提是：实际故障现象是与参数相关，而参数画面是可被调用的。

机床参数是“设计思想的窗口”。了解与掌握这些参数，可以提高机床使用与性能水平，可以提高维修效率，还可以评价数控机床质量。例如：齿轮补偿量设定值较大——表明机械零件质量不够好；升降速时间常数设定值过大——表明重要零部件加工精度或装配精度不够高，等等。不仅新机床或新工序的调试阶段，需要设置与调整机床参数，在机床使用一段时间后，也应该对某些参数进行调整，否则会出现一些故障。所以熟悉机床参数是维修人员的一项基本功。

机床参数可以分成动态参数与恒定参数两类。动态参数，是运行中信号状态变化的参数——也称“状态参数”。恒定参数，是在一定设置范围内直接写入真实数值的参数，或者是设置的数值都为某种参数的比例系数。恒定参数的设置中又分成可由机床用户设置与修改的可设定的用户参数以及由系统公司设定后不可修改的机床系统数据。显然，与使用者与维修者相关的参数就是：状态参数与可设定的用户参数。

无论是可设定的机床参数(用户参数)，还是信号状态参数，一般都存储于可读写与擦去的RAM存储器中。RAM需要有正常的充电电路来为充电电池提供充足工作电压。一旦电池充电不足、充电电池及其电路故障，或受外界某种干扰，RAM中存储的参数或状态数据就会出现丢失或变化，从而使数控系统不能正常工作。突然停电、长期不通电的机床会造成RAM电池充电不足；长期闲置的机床以及老机床容易出现充电电池及其电路故障；系统的屏蔽与接地不良，以及临近有感性负载或与之共电源主线，会导致RAM受电磁场干扰。另外，在新机床、新工艺新材料、新加工程序调试阶段参数设置的失匹，或者人为不合理的参数修改，可以造成系统的不能动作、失控、加工误差大等不正常(见例3.4.1的成因分析)的故障现象，以及同时出现多种报警或者一些可报警的故障现象出现后却不报警的现象。

多种报警共存例3.7.1

一台调试后投入使用的FANUC-7CM系统的XK715F数控立铣床，开机后不久同时出现了#7(伺服未准备好)、#20～#23(X、Y、Z与U轴速度超限)等5个报警。对多种报警共存现象，先查参数。在CRT上调用参数画面，发现参数混乱。将存储器格式化与存储区重新分区后，将参数纸带重新输入。开机后报警消失，机床恢复正常。注意：必须根除参数混乱的真正原因，否则故障还会重演。

现在以RAM存储器为研究对象——独立单元，来分析其输出不正常的成因(参数混乱的故障机理)，如图3.7.1所示。

图3.7.1RAM存储器的输入与输出示意图

·

存储器本身寿命或质量故障导致其部分或全部功能的丧失，但也与机床的使用年龄与维护相关。(见前面的例2.3.2)

·

存储器是有源器件。存储器电池充电回路故障、输出线断/短路或与电池夹接触不良，造成的存储器电源输入不正常。·

·

存储器的分区或使用不当、数据输入装置故障，会造成数据或参数信号的“写”数据输入错误。

·电磁场脉冲的干扰输入，冲乱了存储器内的数据与参数，这与附近感性负载(干扰源)的存在、电网滤波不良、突然停电，以及系统屏蔽与接地不良有关。

输出不正常时，先查输入。存储器的输入是多种的。这里包括了电源输入、数据输入与干扰输入。其中数据输入中又包括了输入装置(硬性)与输入操作(软性)两种可能的故障。先软后硬的作法，往往可以避免了许多硬件追踪法的复杂过程。但是，首先必须排除环境与电网干扰。前面的例2.3.1是正常使用期机床上启动诊断时未监测到磁泡存储器初始化信息的故障报警案例，虽然用重新初始化的方法排除了故障，但是，还应该检查为什么出现这样的故障。必须从存储器的输入来分析，找出并根除真正的故障源，否则，类似的故障还会发生。