我國20世紀(jì)90年代以前生產(chǎn)的機(jī)床、軋機(jī)、噴涂生產(chǎn)線等機(jī)電設(shè)備，普遍采用繼電器控制，由于繼電器的自身特點(diǎn)，對電氣元件故障的識別能力較弱。為了提高控制系統(tǒng)的可靠性和機(jī)床的加工效率，采用PLC對控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，取得了一定效果。但在采用PLC對原有繼電器控制的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行改造的過程中，除了考慮完成系統(tǒng)工作所需要的控制功能以外，還非常有必要考慮機(jī)床電氣元件本身故障的自動識別和處理。
一、機(jī)床電氣系統(tǒng)進(jìn)行PLC改造的基本方法
利用PLC改造機(jī)床電氣系統(tǒng)，可大大簡化電氣線路。它的設(shè)計(jì)方法是，將各個(gè)電氣元件直接與PLC的各個(gè)輸入、輸出端口相連，元件之間的連接關(guān)系，以及各線圈的狀態(tài)由邏輯程序確定，元件之間不存在直接的串聯(lián)或并聯(lián)，所以線路簡單，而邏輯關(guān)系由程序確定，維護(hù)和設(shè)計(jì)比較容易。
1.1 電氣元件與PLC的硬件連線
電氣元件與PLC的連線主要就是將控制電路所需要的各開關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)、接觸器輔助觸點(diǎn)等連到PLC的輸入端口，并確定各觸點(diǎn)對應(yīng)的端口號，1個(gè)元件的多個(gè)觸點(diǎn)一般只需要連接1個(gè)輸入口。繼電器線圈、接觸器線圈、電磁閥線圈、指示燈、照明燈等耗能元件連接輸出端口，然后建立輸入、輸出端口分配表，各端口號將是邏輯程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算的重要邏輯量。
1.2 邏輯程序設(shè)計(jì)
在將各元件與PLC的端口連接以后，還需要編寫邏輯程序，確定各輸出端口得電、失電的邏輯條件，從而控制各輸出端口對應(yīng)耗能元件的狀態(tài)。邏輯程序的編寫應(yīng)根據(jù)機(jī)床的控制要求和原來繼電器控制線路中的邏輯關(guān)系進(jìn)行。PLC在運(yùn)行時(shí)，能夠采集各輸入端口的狀態(tài)，并根據(jù)建立的邏輯程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后控制各輸出端口，使與輸出端口相連接的各線圈得電或斷電，從而控制電動機(jī)、液壓系統(tǒng)和其他電氣元件工作，即通過開發(fā)邏輯程序代替原來元器件間的串、并聯(lián)接線。
采用上述方法可以完成機(jī)床工作所需要的控制要求，結(jié)合PLC的功能特點(diǎn)，可以考慮在已有的元器件基礎(chǔ)上通過編寫邏輯程序或者根據(jù)需要添加少量元件就能實(shí)現(xiàn)機(jī)床的故障自診斷，這對于提高機(jī)床的可靠性、高效性、易維護(hù)性、避免事故的進(jìn)一步發(fā)生是非常有利的。
二、故障的自診斷設(shè)計(jì)
2.1 開關(guān)信號量的故障診斷設(shè)計(jì)
PLC控制機(jī)電設(shè)備時(shí)，設(shè)備中的開關(guān)、按鈕、繼電器的觸點(diǎn)等開關(guān)信號與PLC的輸入端口相連，每個(gè)輸入端口在PLC的內(nèi)存中為1個(gè)地址。通過讀取PLC輸入位的狀態(tài)值作為識別開關(guān)量故障信號的依據(jù)。診斷開關(guān)量故障的實(shí)質(zhì)是將PLC正常的輸入位狀態(tài)值與相應(yīng)輸入位的實(shí)際狀態(tài)值作比較:如果二者比較的結(jié)果是一致的，則表明設(shè)備處于正常工作狀態(tài)；若不一致，則表明對應(yīng)輸入位的元件處于故障狀態(tài)。下面就常用的幾種診斷方法作一敘述。
2. 1. 1 邏輯錯(cuò)誤故障檢測診斷法
在機(jī)床設(shè)備正常工作的情況下，控制系統(tǒng)的各個(gè)輸入、輸出信號和內(nèi)部繼電器的信號之間存在確定的邏輯關(guān)系，一但輸入元器件發(fā)生故障，就會引起邏輯錯(cuò)誤，控制系統(tǒng)不能按設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行工作。在這種情況下，我們可以根據(jù)元器件發(fā)生的故障，建立元器件故障發(fā)生時(shí)的邏輯關(guān)系。因此，一旦故障發(fā)生，就能作出相應(yīng)的警告和處理，如停止進(jìn)給，停止主軸轉(zhuǎn)動等。
圖1所示的組合機(jī)床滑臺工作時(shí)檢測3個(gè)行程開關(guān)X00l(起點(diǎn))， X002 (快進(jìn)終點(diǎn))，X003(工進(jìn)終點(diǎn))是否正常的邏輯程序。Y030， Y031，Y032表示快進(jìn)、工進(jìn)、快退。表示在任何一個(gè)工作狀態(tài)下，這3個(gè)行程開關(guān)任何2個(gè)都不應(yīng)該同時(shí)閉合，如果同時(shí)閉合，則表示有行程開關(guān)失靈的故障發(fā)生，應(yīng)該進(jìn)行停機(jī)檢查。
2. 1. 2 附加觸點(diǎn)連接診斷法
在進(jìn)行機(jī)床的PLC改造時(shí)，往往只是根據(jù)系統(tǒng)控制的需要，接入最必需的外部輸入元器件觸頭，這可以節(jié)約輸入點(diǎn)數(shù)。但為了提高系統(tǒng)的可靠性，可以考慮把一些非常重要的元器件的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)分別接到PLC的2個(gè)輸入點(diǎn)，并在軟件部分加上相應(yīng)的檢測判斷程序，以實(shí)現(xiàn)在出現(xiàn)卡死或失效時(shí)能準(zhǔn)確找出故障所在。
如在電氣控制系統(tǒng)中有一中間繼電器K，其一常開觸點(diǎn)與X401輸入端口相連，為了能夠自動判斷繼電器K是否卡死或失效，現(xiàn)將其常開觸點(diǎn)與X401相連，另一常閉觸點(diǎn)與X402相連，如果卡死或發(fā)生失效，在繼電器K線圈得電時(shí)，常閉觸點(diǎn)斷開了，但常開觸點(diǎn)沒有閉合；我們可采用圖2的邏輯關(guān)系進(jìn)行檢測，即可發(fā)現(xiàn)故障。所以，在端口數(shù)量有多余的時(shí)候，多串入1個(gè)常閉觸點(diǎn)，有利于準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)故障。
2. 1. 3 時(shí)間限制法
自動機(jī)床在工作循環(huán)中，各個(gè)動作都要求在一定的時(shí)間內(nèi)完成，超過了規(guī)定的時(shí)間限制還沒有完成動作，則可認(rèn)為是機(jī)床設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障，因此可以在被檢測工步動作開始時(shí)，同時(shí)啟動一個(gè)定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際情況確定，但應(yīng)比正常工作所需時(shí)間要長一些，如果定時(shí)器有輸出信號則說明已出現(xiàn)故障，然后可以采取相應(yīng)的處理措施。
圖3表述了在組合機(jī)床上快進(jìn)轉(zhuǎn)變?yōu)楣みM(jìn)時(shí)的故障檢測程序，Mll0表示快進(jìn)工步，壓下行程開關(guān)后，應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣みM(jìn)，如果超過了規(guī)定的時(shí)間限制未切換，應(yīng)視為在快進(jìn)工步上出現(xiàn)了故障，出現(xiàn)故障的原因可能是行程開關(guān)，也可能是液壓元件或其他電氣元器件。雖然不能確定是何種故障原因，但能確切地控制故障的繼續(xù)發(fā)生。
2.2 模擬信號量的故障診斷設(shè)計(jì)
由于PLC具有模擬量的處理功能，在進(jìn)行機(jī)床PCL控制改造時(shí)，對一些比較重要的能反映機(jī)床工作狀態(tài)的參數(shù)，如液壓系統(tǒng)的壓力、流量，機(jī)床重要機(jī)械部件的溫度、振動等參數(shù)，可以考慮選用相應(yīng)的傳感器或變送器與PLC的專用A/D模塊對機(jī)床工作參數(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測，并與極限要求值進(jìn)行比較，以判斷機(jī)床工作狀態(tài)是否正常，若不正常，則可以進(jìn)行顯示、報(bào)警或者停機(jī)等處理。機(jī)床設(shè)備參數(shù)的檢測流程框圖見圖4。
三、結(jié)語
在進(jìn)行機(jī)床PLC改造的過程中，在完成主要的控制要求設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，應(yīng)該附加考慮利用PI刀程序控制的功能特點(diǎn)，通過編寫邏輯程序和添加少量電氣元器件的基礎(chǔ)上進(jìn)行機(jī)床設(shè)備故障的自診斷和及時(shí)的處理，這樣，可以提高機(jī)床的可靠性，提升機(jī)床的工作效率，改善機(jī)床的自動化程度。
（轉(zhuǎn)載）
