我國20世紀90年代以前生產(chǎn)的機床、軋機、噴涂生產(chǎn)線等機電設(shè)備，普遍采用繼電器控制，由于繼電器的自身特點，對電氣元件故障的識別能力較弱。為了提高控制系統(tǒng)的可靠性和機床的加工效率，采用PLC對控制系統(tǒng)進行改造，取得了一定效果。但在采用PLC對原有繼電器控制的機電設(shè)備進行改造的過程中，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床電氣元件本身故障的自動識別和處理。

　　一、機床電氣系統(tǒng)進行PLC改造的基本方法

　　利用PLC改造機床電氣系統(tǒng)，可大大簡化電氣線路。它的設(shè)計方法是，將各個電氣元件直接與PLC的各個輸入、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，維護和設(shè)計比較容易。

　　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、接觸器輔助觸點等連到PLC的輸入端口，并確定各觸點對應(yīng)的端口號，1個元件的多個觸點一般只需要連接1個輸入口。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行邏輯運算的重要邏輯量。

　　1.2　邏輯程序設(shè)計

　　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)機床的控制要求和原來繼電器控制線路中的邏輯關(guān)系進行。PLC在運行時，能夠采集各輸入端口的狀態(tài)，并根據(jù)建立的邏輯程序進行邏輯運算，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、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床工作所需要的控制要求，結(jié)合PLC的功能特點，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現(xiàn)機床的故障自診斷，這對于提高機床的可靠性、高效性、易維護性、避免事故的進一步發(fā)生是非常有利的。

　　二、故障的自診斷設(shè)計

　　2.1　開關(guān)信號量的故障診斷設(shè)計

　　PLC控制機電設(shè)備時，設(shè)備中的開關(guān)、按鈕、繼電器的觸點等開關(guān)信號與PLC的輸入端口相連，每個輸入端口在PLC的內(nèi)存中為1個地址。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)量故障的實質(zhì)是將PLC正常的輸入位狀態(tài)值與相應(yīng)輸入位的實際狀態(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　邏輯錯誤故障檢測診斷法

　　在機床設(shè)備正常工作的情況下，控制系統(tǒng)的各個輸入、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，就會引起邏輯錯誤，控制系統(tǒng)不能按設(shè)計的要求進行工作。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，如停止進給，停止主軸轉(zhuǎn)動等。

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圖1所示的組合機床滑臺工作時檢測3個行程開關(guān)X00l(起點)， X002 (快進終點)，X003(工進終點)是否正常的邏輯程序。Y030， Y031，Y032表示快進、工進、快退。表示在任何一個工作狀態(tài)下，這3個行程開關(guān)任何2個都不應(yīng)該同時閉合，如果同時閉合，則表示有行程開關(guān)失靈的故障發(fā)生，應(yīng)該進行停機檢查。
　　2. 1. 2　附加觸點連接診斷法

　　在進行機床的PLC改造時，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和常閉觸點分別接到PLC的2個輸入點，并在軟件部分加上相應(yīng)的檢測判斷程序，以實現(xiàn)在出現(xiàn)卡死或失效時能準確找出故障所在。

　　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)將其常開觸點與X401相連，另一常閉觸點與X402相連，如果卡死或發(fā)生失效，在繼電器K線圈得電時，常閉觸點斷開了，但常開觸點沒有閉合；我們可采用圖2的邏輯關(guān)系進行檢測，即可發(fā)現(xiàn)故障。所以，在端口數(shù)量有多余的時候，多串入1個常閉觸點，有利于準確發(fā)現(xiàn)故障。

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　　2. 1. 3　時間限制法

　　自動機床在工作循環(huán)中，各個動作都要求在一定的時間內(nèi)完成，超過了規(guī)定的時間限制還沒有完成動作，則可認為是機床設(shè)備運行出現(xiàn)故障，因此可以在被檢測工步動作開始時，同時啟動一個定時器，定時時間可以根據(jù)實際情況確定，但應(yīng)比正常工作所需時間要長一些，如果定時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表述了在組合機床上快進轉(zhuǎn)變?yōu)楣みM時的故障檢測程序，Mll0表示快進工步，壓下行程開關(guān)后，應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣みM，如果超過了規(guī)定的時間限制未切換，應(yīng)視為在快進工步上出現(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

　　由于PLC具有模擬量的處理功能，在進行機床PCL控制改造時，對一些比較重要的能反映機床工作狀態(tài)的參數(shù)，如液壓系統(tǒng)的壓力、流量，機床重要機械部件的溫度、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模塊對機床工作參數(shù)實現(xiàn)實時檢測，并與極限要求值進行比較，以判斷機床工作狀態(tài)是否正常，若不正常，則可以進行顯示、報警或者停機等處理。機床設(shè)備參數(shù)的檢測流程框圖見圖4。

　　三、結(jié)語

　　在進行機床PLC改造的過程中，在完成主要的控制要求設(shè)計基礎(chǔ)上，應(yīng)該附加考慮利用PI刀程序控制的功能特點，通過編寫邏輯程序和添加少量電氣元器件的基礎(chǔ)上進行機床設(shè)備故障的自診斷和及時的處理，這樣，可以提高機床的可靠性，提升機床的工作效率，改善機床的自動化程度。