数控系统自诊断技术的应用
发布时间：2022/10/24
数控系统自诊断技术的应用
大型的CNC、PLC装置都配有故障诊断系统，可以由各种开关、传感器等把油位、温度、油压、电流、速度等状态信息，设置成数百个报警提示信息，诊断故障的部位和地点。所以要首先利用自诊断提示进行故障处理。
自诊断系统的思想是：向被诊断的部件或装置写入一串成为测试码的数据，然后观察系统相应的输出数据(称为校验码)，根据事先已知的测试码、校验码与故障的对应关系，通过对观察结果的分析以确定故障。系统自诊断的运行机制是：系统开机后，一般自动诊断整个硬件系统，为系统的正常工作做好准备；另外就是在运行或输入加工程序过程中，一旦发现错误，则数控系统自动进入自诊断状态，通过故障检测，定位并发出故障报警信息。
故障自诊断技术是当今数控系统一项十分重要的技术，它的强弱是评价数控系统性能的一个重要指标。随着微处理器技术的发展，数控系统的自诊断能力越来越强，从原来简单的诊断朝着多功能和智能化的方向发展。例如，西门子公司的810T/M系统故障报警就分为系统硬件、操作、NC报警、PLC报警等多种类别。当数控系统一旦发生故障，并确定故障部位。因此,对维修人一员来说，熟悉和运用系统的自诊断功能是十分重要的。
CNC系统自诊断程序一般分为三套，即启动诊断、在线诊断和离线诊断。
1．启动诊断
启动诊断是指CNC系统每次从通电开始进入到正常的运行准备状态为止，系统内部诊断程序自动执行的诊断。启动自诊断主要的诊断内容有CPU、ROM、RAM、EPROM(电控可改写只读存储器)、I/O接口单元，CRT/MDI单元(手动数据输入)、纸带阅读机、软盘单元等装置或外部设备。每当数控系统通电开始，系统内部自诊断软件对系统中最关键的硬件和控制软件，如装置中的CPU、RAM、ROM等芯片，MDI、CRT、I/O等模块及监控软件、系统软件等逐一进行检测，并将检测结果在CRT上显示出来。一旦检测通不过，即在CRT上显示出报警信息或报警号，指出哪个部分发生了故障。只有当全部开机都正常通过后，系统才能进入正常运行准备状态。启动诊断通常在lmin内结爿用硬盘驱动器的数控系统，如SINUMERIK 840C系统因要调用硬盘中的文件，时一些。上述启动诊断有些可将故障原因定位到电路板或模块上，有些甚至可定·上，如指出哪块EPR。M出现了故障，但在很多情况下仅将故障原因定位在某一维修人员需要通过维修手册中所提供的多种可能造成的故障原因及相应排除方真正的故障原因并加以排除。
例6 FAGOR8025系统开机后，屏幕显示076 Y—FEEDBACK ERR。R询安装调试手册可得知位置检测编码器输出信号错误。维修人员检查接插件勇发现一处电缆被拉坏，经调查了解，是由于运输时拆卸电机不当造成的。
启动诊断技术几乎在所有现代数控系统中得到了广泛应用和发展。如： MENS、美国A—B公司、日本FANUC公司20世纪70年代以后推出的CNC系自断技术的实现上，大都采用了启动诊断方式。启动诊断为数控系统的正常运行靠的保证。
2．在线诊断
在线诊断是指通过CNC系统的内装程序，在系统处于正常运行状态时，实数控装置、伺服系统、外部的I/O及与数控装置相连的其他外部装置进行自动测并显示有关状态信息和故障。系统不仅能在屏幕上显示报警号及报警内容，而时显示NC内部关键标志寄存器及PLC内操作单元的状态。在线诊断包括CN部设置的自诊断功能和用户单独设计的对加工过程状态的监测与诊断系统，都正常运行过程中，监视其运行状态的。除监视CNC系统内部的各种状态外, CNC系统相连接的机床各执行部件，如主轴和进给伺服系统、坐标位置、接I=I信 APC、外部设备等。只要系统不断电，在线诊断就一直进行而不停止口
一旦监视的信息超限，诊断系统就通过显示器或指示灯等发出报警信号，一号，配以适当注释，并显示在屏幕上。维修人员根据这些故障信息，经过分析处竭障点并及时排除故障。
当然，实际诊断中并不是那么容易的，因为所提供的报警信息，并非唯一准碉仅是故障可能原因的诸因素((2～5)个)，即仅仅提供了一些查找故障原因的线维修人员结合机床结构，查阅机床维修手册，凭借自己的实践经验，逐一排除故葬出真正的故障所在。另外，故障现象与故障原因并非一一对应关系，而往往是一引发出的现象是由几种原因引起的，或一种原因引起几种故障。即大部分故障故障形式出现的。
各种CNC机床的自诊断功能报警编号不尽完全相同，只能根据具体机床的书、维修手册进行分析、诊断。不过报警编号的分类方法大同小异，一般是按机器件的功能分类分别编号的。
例7某机床的CNC系统的报警信号编组如下：
与CNC系统硬件(如存储器、伺服系统等)有关的报警编号为l一99；
与机械控制有关的报警编号为100～399；
与操作失误有关的报警编号为400一499；
与外部通信对话有关的报警编号为500—599；
与加工程序编制错误有关的报警编号为600～699；
此外，还有与可编程控制器故障，连接方面的故障，温度、压力、液位等不正常，行程开关(或接近开关)状态不正常等都应有对应的编号。在每一类报警范围内，又按故障分类报警。如过热报警类、系统故障报警类、存储器故障报警类、伺服系统故障报警类、行程开关故障报警类、印制电路板间的连接故障报警类、编程/设定错误报警类、误操作故障报警类等。
机床自诊断功能的故障报警显示给维修带来了极大的方便。故在使用和维修过程中，一定要充分重视，并利用故障报警显示的状态信息，经分析或加一些必要的测试，最后找出真正的故障原因。
为此，要特别重视、注意保护系统软件及系统数据，特别是CNC与PLC机床数据、 PLC用户程序、报警文本等以及随机所带的CNC系统的关键技术资料，它们是用电池保持存储于RAM中。
例8从德国沙尔曼公司引进的一台数控镗铣床，NC系统为西门子的SINUMER． IK 8MC，在数控模块MSl00上的四个红色发光二极管M、I/O、S、PC指示故障存在的原因。同时，操作盘上的CRT监视器显示报警号，指出故障原因。
(1)故障现象。Z轴运行抖动，瞬间出现NCl23号报警，机床随即停止运行。根据报警号查阅报警内容表，显示报警原因是跟踪误差超出了机床数据设定的规定值，同时提示造成此报警的可能原因有：
①位置测量系统检测元件与机械位移部分连接不良；
②传动部件出现间隙；
③位置闭环放大系数Kv(即增益)不匹配。
(2)检查分析。经检查，初步定为②、③原因，使得Z轴(方滑枕)运行过程中产生负载扰动而造成位置闭环振荡。照此分析排除故障如下：修改原z轴的机床设定环节(TENl52)的数据，将原值S1333改为S800，即降低了放大系数，有助于位置闭环的稳定性。经试运行发现虽振动现象明显减弱，但未彻底消除。这说明是第②种原因，即机械传动出现间隙的可能性增大，可能是滑枕楔铁松动造成滚珠丝杠或螺母窜动。这时，对机床各部位采取先易后难，先外后内逐一否定的办法，最后找到真正的故障源：滚珠丝杠螺母背帽松动，使传动出现间隙。当Z轴运动时，由于间隙造成负载扰动，导致位置闭环振荡而出现抖动现象。
(3)故障排除。调整好间隙，紧固松动的背帽，并将机床设定环节TENl52的数据恢复到原值，故障消除。
例9 TH6350卧式加工中心出现故障。
(1)故障现象。机床工作过程中突然发生y、Z轴不能动作，发出401号报警。后来关机后再启动，还能继续工作，此后关机也不能动作了。检查401号报警内容表：X，y，Z轴的速度控制“READY”信号断开。由此检查X，y，Z轴的速度控制单元板，发现y轴速度控制单元板(A06B一6045一C001)的TGLS报警灯亮，说明是y轴伺服系统的故障。提示可能原因有：
①印制电路板设定不合适；
②速度反馈电压没有或是断续的；
③电机动力电缆没有接到速度控制单元T1板的5，6，7，8端子上或动力电缆短路。
(2)故障排除。经检查电机动力电缆已被烧断，更换电刷，故障排除。
3．离线诊断
当CNC系统出现故障或要判断系统是否真正有故障时，往往要停机检查，此时称为离线诊断(或脱机诊断)。其主要目的和任务是最终查明故障和进行故障定位，力求把故障定位在尽可能小的范围内，如缩小到某一模块上、某个电路板上或板上的某部分电路，甚至某个芯片或元器件上。这种诊断方法属于高层次诊断，其诊断程序存储及使用方法一般不相同。如美国A—B公司8200系统离线诊断时，才把专用的诊断程序读入CNC中运行检查故障。而有的系统将这些诊断程序与CNC控制程序一同存入CNC中，维修人员可随时用键盘调用这些程序并使之运行，在CRT上观察诊断结果。离线诊断可以在现场、维修中心或NC系统制造厂进行操作和控制。
具体做法是：将运行控制计算机和与之相连的外部设备断开，启动运行各控制部分的自诊断程序(与系统运行控制程序分开的程序)，有时还需要专门设计一些检测线路。诊断时，把整个系统划分为若干个诊断区(基本上按功能划分，有时也根据线路插件板划分)，由诊断计算机向诊断区发送测试码，然后观测被诊断对象的响应，并与标准比较，判断有无故障及进行故障定位。离线诊断所用的仪器、软件和硬件有：
①专用诊断纸带(早期的NC装置)，它主要提供诊断所需要的数据。诊断时，将纸带内容输入NC系统的随机存取存储器(RAM)中，系统中的CPU则根据相应的输出数据，分析判断得出有无故障和故障位置的结论。可以诊断读入装置、CPU、RAM、I/O接口等。
例l0德国MAH。公司的CNC432系统离线专用程序内容包括对显示单元，控制面板上各键及旋钮功能，CPU插件内部各电路、接口电路、RAM功能，存储器插件(RAM、EPRAM)功能，x，y，Z，主轴伺服电机的插件功能，主轴伺服电机插件功能，输Ⅳ输出插件功能，辅助输Ⅳ输出插件，调用受过专fliJil练的维修专家诊断功能等。
②工程师面板。
③改装过的CNC系统通过专用测试装置进行测试。
由于计算机技术及网络通信技术的飞速发展，自诊断系统也在朝着两个方向发展：一方面依靠系统资源发展人工智能专家故障诊断系统，另一方面将利用网络技术发展网络远程通信自诊断系统。例如，SINUMERIK 840D，FANUC 16均可支持网络功能。
