1、第9章可編程控制器模塊的故障診斷和修理、9.1概要9.2可編程控制器的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理9.3nc機(jī)床可編程控制器的故障診斷和修理9.4可編程控制器故障診斷和修理例、9.1概要、9.1.1 PLC的基礎(chǔ)知識(shí)1 PLC的概念國(guó)際電工委員會(huì)(IEC )于1987年2月公布了PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿， 本草案中PLC的定義是“PLC是數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，主要為在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用而修訂。 采用可編程序列的存儲(chǔ)器，其內(nèi)存執(zhí)行邏輯運(yùn)算、序列控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入輸出，控制各種機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程。 PLC及其相關(guān)的外圍設(shè)備，以易于與產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)一體化、易于擴(kuò)展其功能的原理進(jìn)行了修

2、訂”。 返回下一頁(yè)，9.1概要，2 PLC的特征(1)可靠性高，適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的PLC有很強(qiáng)的抗干擾性，能夠在苛刻的工業(yè)環(huán)境中可靠地工作，是因?yàn)椴扇×擞肞LC的硬件和軟件提高可靠性的措施。 下一頁(yè)，上一頁(yè)，過(guò)關(guān)，9.1概要，硬件措施主要有屏蔽、過(guò)濾、電源調(diào)整和保護(hù)、聯(lián)鎖、模塊結(jié)構(gòu)、環(huán)境檢查和診斷電路等。 軟件措施主要有自診斷程序、故障檢測(cè)、信息保護(hù)和恢復(fù)等。 下一頁(yè)，上一頁(yè)，瀏覽，9.1概要，(2)程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，PLC容易掌握的梯形程序設(shè)計(jì)，特別是對(duì)于從事繼電器控制工作的技術(shù)人員和工人，不需要多學(xué)習(xí)復(fù)雜難懂的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的控制技術(shù)，在短時(shí)間內(nèi)根據(jù)客戶(hù)的需要，整體方案確定的情況下，能夠同時(shí)進(jìn)行P

3、LC硬件的購(gòu)買(mǎi)、組裝和用戶(hù)應(yīng)用程序的制作，施工周期短，效果快。 下一頁(yè)、上一頁(yè)、下一頁(yè)、上一頁(yè)、下一頁(yè)、9.1概要、(3)控制程序可變，在生產(chǎn)過(guò)程變更或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，只需變更用戶(hù)程序即可滿足要求，而無(wú)需變更PLC的硬件設(shè)備。 PLC除了單體控制外，在FMC、FMS、FA中也被廣泛采用。 (4)與直接負(fù)載能力強(qiáng)的一般微機(jī)控制設(shè)備相比，PLC的輸出模板驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力強(qiáng)，一般可以直接驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的線圈，接通、斷開(kāi)供電電路。下一頁(yè)、上一頁(yè)、門(mén)、9.1概要、(5)接口簡(jiǎn)單、易于維護(hù)的PLC的輸入輸出接口經(jīng)過(guò)修改，可以直接在現(xiàn)場(chǎng)連接強(qiáng)電，可以直接連接直流24V、48V、交流11V、220V等各種電壓

4、電平的特別是，也有可帶電插拔輸入輸出模塊的PLC。 例如，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中某個(gè)模塊發(fā)生故障，即使不停電，也可以直接帶電，拆下?lián)p壞的板，更換好的板，大幅縮短故障修復(fù)時(shí)間。下頁(yè)、前頁(yè)、門(mén)、9.1概要、(6)功能完善現(xiàn)代PLC具有數(shù)字和模擬輸入輸出、邏輯和算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、電力驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對(duì)話、自測(cè)、記錄和顯示功能，控制設(shè)備(7)易于機(jī)電化。 PLC因?yàn)榫o湊小型，容易組裝到機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。 微機(jī)PLC容易安裝在修正器中，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化。 (8)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)趨于標(biāo)準(zhǔn)化，有利于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制的實(shí)現(xiàn)。下一頁(yè)、上一頁(yè)、門(mén)、9.1概要、3 PLC的分類(lèi)(1)按構(gòu)造形式將PLC分為整

5、體箱型和模塊的組合式。 單片PLC是將各構(gòu)成部件安裝在少數(shù)印刷基板上，并與電源一起組裝在一個(gè)殼體內(nèi)而一體化的部件。 此類(lèi)PLC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料省，小型，通常為小型PLC或低速PLC。 其I/O分?jǐn)?shù)固定不多，使用方便。 分?jǐn)?shù)不足時(shí)，可以再增加一個(gè)只包含輸入輸出部分的擴(kuò)展箱，增加分?jǐn)?shù)。 與此相對(duì)應(yīng)，包括CPU板在內(nèi)的部分稱(chēng)為主機(jī)箱。主箱和擴(kuò)展箱之間用信號(hào)線連接著。下一頁(yè)、前一頁(yè)、門(mén)、9.1概要、(2)按控制規(guī)模分類(lèi)的控制規(guī)模主要是指控制開(kāi)關(guān)量的進(jìn)出點(diǎn)數(shù)和控制模擬量的模擬、模擬、或者兩者都有的(閉路系統(tǒng))路數(shù)，但主要是按開(kāi)關(guān)量進(jìn)行修正。 模擬量的通道數(shù)可換算為開(kāi)關(guān)量的點(diǎn)，大致相當(dāng)于816點(diǎn)。 根據(jù)這個(gè)

6、點(diǎn)數(shù)，PLC可以分為超小型機(jī)、小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)4種。 下一頁(yè)，上一頁(yè)，門(mén)，9.1概要，超小型機(jī)，其I/O點(diǎn)數(shù)在64以?xún)?nèi)，存儲(chǔ)容量在2561000B之間。 I/O點(diǎn)數(shù)為64256、內(nèi)存容量為13.6KB的小型機(jī)。 中型機(jī)的I/O點(diǎn)數(shù)為2562048，內(nèi)存容量為3.613KB。 大型機(jī)的I/O點(diǎn)數(shù)在2048以上，內(nèi)存容量在13KB以上。下一頁(yè)、上一頁(yè)、門(mén)、9.1概要、4 PLC的主要功能(1)順序控制功能是指將繼電器觸點(diǎn)串聯(lián)并聯(lián)及其他各種邏輯連接替換為PLC的and、or、非指令，進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。 (2)運(yùn)動(dòng)控制功能是指通過(guò)高速計(jì)數(shù)模塊和定位模塊等進(jìn)行單軸或多軸的控制。 (3)過(guò)程控制功能是指

7、在PLC的智能PID控制模塊中實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、速度、流量等流量殘奧儀表的閉環(huán)控制。 下一頁(yè)，上一頁(yè)，門(mén)，9.1概要，(4)數(shù)據(jù)處理功能是指PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)移位、數(shù)字轉(zhuǎn)換、草稿運(yùn)算和邏輯運(yùn)算、編譯和解碼等操作。 (5)通信網(wǎng)絡(luò)功能是指通過(guò)PLC間的網(wǎng)絡(luò)、PLC與上級(jí)計(jì)算機(jī)的鏈接等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O控制和數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)的復(fù)雜控制。 (6)監(jiān)測(cè)功能是指PLC監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各部分的運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)程，將系統(tǒng)發(fā)生的異常情況記錄為警報(bào)，并能夠自動(dòng)結(jié)束運(yùn)行。 也可用于在線調(diào)整、修正控制程序中的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的設(shè)定值，或強(qiáng)制I/O狀態(tài)。 所謂下一頁(yè)、前一頁(yè)、門(mén)、9.1概要、(7)步驟控制功能，

8、是指通過(guò)步驟命令實(shí)現(xiàn)多個(gè)加工工序的控制，在前一工序完成之前，不能代替由硬件構(gòu)成的步驟控制器進(jìn)行下一工序操作的控制。 (8)所謂計(jì)時(shí)控制功能，是指代替時(shí)間繼電器和計(jì)數(shù)繼電器，通過(guò)PLC提供的計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)器指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)某種操作的計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)控制。 數(shù)模轉(zhuǎn)換功能是指通過(guò)D/A、A/D模塊進(jìn)行模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。下一頁(yè)、上一頁(yè)、門(mén)、9.1概要、9.1.2機(jī)床PLC和外部信息的交換1從機(jī)床到PLC機(jī)床側(cè)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，通過(guò)I/O單元接口輸入到PLC，除極少數(shù)信號(hào)外， 大多數(shù)信號(hào)的含義和所占的PLC的地址，用I10.2定義PLC程序員能夠自己定義的該開(kāi)關(guān)信號(hào)，在軟鍵功能診斷的PLC狀態(tài)下，通過(guò)看IB10的第二

9、位的“0”或者“1”，該開(kāi)關(guān)信號(hào)是否有效、下一頁(yè)、前一頁(yè)、門(mén)、9.1概要、從2 PLC到機(jī)床的PLC控制機(jī)床的信號(hào)通過(guò)PLC的開(kāi)關(guān)量輸出接口發(fā)送到機(jī)床側(cè)，所有的開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)的含義和所占有的PLC的地址可以由PLC編程人員自己定義。 在SIEMENS 810系統(tǒng)中，機(jī)床一側(cè)的某個(gè)電磁閥的動(dòng)作由PLC模塊的輸出信號(hào)控制，該信號(hào)定義為Q1.4。 該信號(hào)經(jīng)由I/O模塊和I/O端子板輸出至中間繼電器的線圈，繼電器的接點(diǎn)與電磁閥的線圈電連接，控制電磁閥的動(dòng)作。 同樣，Q1.4信號(hào)在PLC STATUS狀態(tài)下，通過(guò)觀察QB1的第4位的“0”或“1”，可知其輸出信號(hào)是否有效。下一頁(yè)、前一頁(yè)、返回、9.1概要

10、、從3 CNC發(fā)送到PLC CNC的信息從CNC直接發(fā)送到PLC的寄存器，從所有CNC發(fā)送到PLC的信號(hào)的含義和地址(開(kāi)關(guān)量地址或寄存器地址)由CNC制造商決定與SIEMENS 810系統(tǒng)一樣，M03指令被解碼，傳送到FY27.3寄存器。下一頁(yè)、上一頁(yè)、返回、9.1概要、從4 PLC向CNC PLC的CNC發(fā)送信息也由開(kāi)關(guān)量信號(hào)或寄存器完成，所有PLC向CNC發(fā)送的信號(hào)地址和意義由CNC制造商決定，PLC程序員只能使用，不能變更和刪除例如，在SINUMERIK 810數(shù)控系統(tǒng)中的Q108.5是從PLC到CNC的發(fā)送使能信號(hào)。 圖9-1是內(nèi)置PLC的輸入輸出信息的示意圖。下一頁(yè)、上一頁(yè)、門(mén)、9.

11、1概要、9.1.3機(jī)床PLC的功能1機(jī)床操作面板控制將機(jī)床操作面板上的控制信號(hào)直接發(fā)送到PLC，控制NC系統(tǒng)的運(yùn)行。 機(jī)床操作面板上的各種控制開(kāi)關(guān)的功能，可以參照具體的機(jī)床操作說(shuō)明。 2機(jī)床外部開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)控制將機(jī)床側(cè)的開(kāi)關(guān)信號(hào)發(fā)送至PLC，經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算輸出至控制對(duì)象。 這些控制開(kāi)關(guān)有各種控制開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)關(guān)、溫度調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)等。下頁(yè)、前頁(yè)、門(mén)、9.1概要、3輸出信號(hào)控制PLC輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)強(qiáng)電盤(pán)中的繼電器、接觸器，通過(guò)機(jī)床側(cè)的液壓或空氣電磁閥，控制工具庫(kù)、機(jī)械手和旋轉(zhuǎn)臺(tái)等裝置，并控制冷卻泵馬達(dá)、潤(rùn)滑泵馬達(dá)和電磁閘、下頁(yè)、前頁(yè)、返回、9.1概要、4伺服控制主軸和伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置的

12、使能信號(hào)控制為滿足伺服驅(qū)動(dòng)的條件，通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)主軸馬達(dá)、伺服進(jìn)給馬達(dá)和刀庫(kù)馬達(dá)等。 5報(bào)警處理控制PLC收集強(qiáng)控制柜、機(jī)床方和伺服驅(qū)動(dòng)裝置的故障信號(hào)，報(bào)警標(biāo)志區(qū)域的相應(yīng)報(bào)警標(biāo)志位置，數(shù)控系統(tǒng)顯示報(bào)警編號(hào)和報(bào)警文本，以方便故障診斷。下一頁(yè)、上一頁(yè)、上一頁(yè)、下一頁(yè)、9.1概述、6軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)裝置控制一些數(shù)控機(jī)床，用計(jì)算機(jī)軟盤(pán)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光電讀取器。 控制軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)和零件程序、機(jī)床殘奧定儀、零偏移、刀具補(bǔ)償?shù)葦?shù)據(jù)傳輸。 7變換控制一部分加工中心的主軸可進(jìn)行立/臥變換，進(jìn)行立/臥變換時(shí)，PLC (1)切換主軸控制接觸器。 (2)根據(jù)PLC的內(nèi)部功能，在線自動(dòng)修正機(jī)床的數(shù)據(jù)位。 (3)切換

13、伺服系統(tǒng)進(jìn)給模塊，切換坐標(biāo)軸控制用的各種開(kāi)關(guān)、鍵等。 返回前頁(yè)，9.2可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理，9.2.1 PLC的結(jié)構(gòu)1硬件結(jié)構(gòu)PLC是中央處理單元(CPU )、存儲(chǔ)器、輸入輸出單元(模塊)、可編程控制器、擴(kuò)展接口、外圍i PLC的硬件設(shè)備是通用的，用戶(hù)可以下一頁(yè)，9.2可編程控制器的結(jié)構(gòu)和操作原理，1 )中央處理單元(CPU )中央處理單元是PLC的主要部分，并且是系統(tǒng)的核心。 用輸入模塊(板)讀取現(xiàn)場(chǎng)的外圍設(shè)備的狀態(tài)，按照用戶(hù)程序進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果用輸出模塊控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。 2 )存儲(chǔ)器PLC的存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，包括下一頁(yè)、前一頁(yè)、門(mén)、9.2可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理，(

14、1)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)系統(tǒng)程序模塊化應(yīng)用功能子例程、用戶(hù)程序(2)用戶(hù)存儲(chǔ)器用戶(hù)存儲(chǔ)器根據(jù)控制器的使用環(huán)境，根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程而變動(dòng)。 包括用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)域及作業(yè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域。下頁(yè)、前頁(yè)、門(mén)、9.2可編程控制器的構(gòu)成和工作原理、3 )輸入輸出單元(模塊) (I/O模塊) I/O模塊是CPU和現(xiàn)場(chǎng)用戶(hù)I/O設(shè)備之間的橋梁。 PLC的輸入模塊可以接收并收集從操作按鈕、各種開(kāi)關(guān)、數(shù)字代碼盤(pán)開(kāi)關(guān)等發(fā)送來(lái)的開(kāi)閉量等外圍設(shè)備的各種輸入信號(hào)，或者轉(zhuǎn)換為電位計(jì)、傳感器等提供的模擬量)，CPUPLC的輸出單元將CPU輸出的控制信息轉(zhuǎn)換為外圍設(shè)備所需的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象(例如接觸器、電磁閥、燈、調(diào)

15、整裝置等)。下一頁(yè)、上一頁(yè)、門(mén)、9.2可編程控制器的構(gòu)成和工作原理，4 )可編程控制器用于用戶(hù)程序的制作、編輯、調(diào)試檢查，其鍵盤(pán)調(diào)用和顯示PLC內(nèi)部的一些狀態(tài)和系統(tǒng)殘奧儀表實(shí)現(xiàn)了監(jiān)視功能，一般由于PLC在通常動(dòng)作時(shí)不需要手持編程器，所以手持編程器被設(shè)定為獨(dú)立部件，一般只在程序的輸入和檢查時(shí)使用。 因此，1臺(tái)手持編程器可以在多臺(tái)PLC中使用。下一頁(yè)、上一頁(yè)、上一頁(yè)、上一頁(yè)、9.2可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理、編程盒分為簡(jiǎn)易型和智能型兩種，前者只能用機(jī)器編程，只能輸入和編輯梯形的指令表程序。 但是，簡(jiǎn)易編程盒價(jià)格便宜，一般用于小型PLC編程、PLC控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整和檢查。 智能型編程盒可同時(shí)進(jìn)行

16、機(jī)械編程和脫機(jī)編程。可以在輸入命令表程序的同時(shí)直接編制梯形圖程序，使用方便直觀，但價(jià)格高。下頁(yè)、前頁(yè)、門(mén)、9.2可編程控制器的構(gòu)成和動(dòng)作原理；5 )擴(kuò)展接口用戶(hù)的輸入輸出設(shè)備所需的I/O點(diǎn)數(shù)超過(guò)主機(jī)(基本單元)的I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)，可以通過(guò)I/O擴(kuò)展單元進(jìn)行擴(kuò)展。 I/O擴(kuò)展接口用于擴(kuò)展單元和基本單元之間的連接，I/O點(diǎn)數(shù)的構(gòu)成更加靈活。下一頁(yè)、上一頁(yè)、返回、9.2可編程控制器的構(gòu)成和工作原理，6 )外圍I/O接口(通信接口)是指PLC主機(jī)與其他PC、上級(jí)計(jì)算機(jī)、外部設(shè)備及其他終端的連接接口。 7 )電源PLC的電源是指，將從外部輸入的交流電力經(jīng)過(guò)整流、過(guò)濾、穩(wěn)定化等處理，轉(zhuǎn)換為滿足PLC的CPU、內(nèi)存、輸入輸出接口等內(nèi)部電子電路的動(dòng)作需求的直流電源電路或電源塊。 輸入輸出接口電路的電源相互獨(dú)立，避免或減少電源之間的干擾。下一頁(yè)、上一頁(yè)、返回、9.2可編程控制器的構(gòu)成和動(dòng)作原理、2軟件構(gòu)成1 )系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件也稱(chēng)為系統(tǒng)程序，由PLC制造廠生成，固化在ROM中與對(duì)應(yīng)的硬件一起提供給用戶(hù)。 系統(tǒng)軟件管理、調(diào)整PLC各部分的工作，發(fā)揮PLC硬件的功能，是用戶(hù)容易使用的通用程序。 一般的系統(tǒng)程序包括下一頁(yè)、前一頁(yè)、返回、9.2可編程控制器的構(gòu)成和動(dòng)作原理、(1)系統(tǒng)配置登錄和初始化不同的控制對(duì)象、根據(jù)控制過(guò)程的不同PLC控制系統(tǒng)的配置也不同，因此系統(tǒng)程序在PLC的電源