數(shù)控系統(tǒng)CNC無法直接上電的原因分析與處理
2022-10-14 來源：昌河飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 作者：林超青
摘要：一臺(tái)中捷VMC2180機(jī)床配置的是FIDIA C2數(shù)控系統(tǒng)，該機(jī)床在每次開機(jī)運(yùn)行過程中都要進(jìn)行系統(tǒng)初始化操作，否則系統(tǒng)的CNC就無法上電，機(jī)床無法運(yùn)行，但是上電完成后機(jī)床能夠正常運(yùn)行加工，該故障給操作帶來極大的不便和風(fēng)險(xiǎn)，因此需要對(duì)該問題進(jìn)行分析研究，以保證正常運(yùn)行。由于該故障發(fā)生在CNC上電階段，上電完成后機(jī)床正常運(yùn)行，這樣給問題的解決帶來極大的困難，本文就該問題進(jìn)行分析和探討。
1.故障現(xiàn)象
一臺(tái)中捷VMC2180三坐標(biāo)立式加工中心進(jìn)入數(shù)控系統(tǒng)后CNC無法直接上電，每次都要進(jìn)行系統(tǒng)初始化或進(jìn)入數(shù)控系統(tǒng)前進(jìn)行一次系統(tǒng)加載才能上電，機(jī)床無法正常上電使用。
2.故障原因分析及處理過程
數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)CNC無法上電的原因比較多，機(jī)床輸入信號(hào)問題、機(jī)床硬件損壞、軟件問題、操作系統(tǒng)問題、通訊傳輸故障等，都可能導(dǎo)致數(shù)控系統(tǒng)CNC無法上電，具體原因需要按現(xiàn)場(chǎng)情況具體分析、測(cè)試和判斷。
（1）外部輸入條件不滿足，導(dǎo)致系統(tǒng)無法上電該中捷VMC2180機(jī)床大修完成后，開機(jī)進(jìn)入數(shù)控系統(tǒng)后CNC無法直接上電，但是每次進(jìn)行系統(tǒng)初始化或進(jìn)入數(shù)控系統(tǒng)前進(jìn)行一次系統(tǒng)加載機(jī)床又能夠上電。由于該機(jī)床剛剛進(jìn)行過大修，機(jī)床部件、電氣電纜等都有重新安裝調(diào)試，如果外部接線有問題或設(shè)置不對(duì)就有可能導(dǎo)致系統(tǒng)數(shù)據(jù)出錯(cuò)，系統(tǒng)無法啟動(dòng)。
（2）機(jī)床超程信號(hào)不對(duì)導(dǎo)致機(jī)床無法上電開機(jī)進(jìn)入系統(tǒng)后系統(tǒng)出現(xiàn)如圖1報(bào)警提示，同時(shí)安全繼電器運(yùn)行顯示燈不亮。
圖1 開機(jī)報(bào)警信息
報(bào)警信息顯示，機(jī)床由于X、Y、Z的正負(fù)限位報(bào)警導(dǎo)致伺服FDD急停進(jìn)給保持，檢查機(jī)床X、Y、Z的正負(fù)限位信號(hào)，發(fā)現(xiàn)狀態(tài)均為1狀態(tài)，I/O輸入指示燈全亮。為驗(yàn)證是否是機(jī)床限位開關(guān)信號(hào)接反導(dǎo)致機(jī)床處于急停狀態(tài)，因此把X、Y、Z的正負(fù)限位信號(hào)從I/O輸入模塊斷開，使正負(fù)限位信號(hào)輸入為零，重新啟動(dòng)機(jī)床進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)報(bào)警信息沒有變化，系統(tǒng)依舊無法上電，同時(shí)安全繼電器顯示燈不亮（見圖2）。
圖2 安全繼電器
查看機(jī)床的PLC，發(fā)現(xiàn)機(jī)床PLC的邏輯是對(duì)X、Y、Z的正負(fù)限位信號(hào)取高電平，輸入信號(hào)為1時(shí)是正常狀態(tài)，因此可以認(rèn)為機(jī)床的急停不是由于機(jī)床X、Y、Z的正負(fù)限位信號(hào)導(dǎo)致。
（3）外部輸入信號(hào)不對(duì)導(dǎo)致機(jī)床無法上電由于數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)初始化或PCLOAD加載后，系統(tǒng)能夠上電并正常運(yùn)行，對(duì)比初始化前和初始化后的輸入輸出狀態(tài)（見圖3、圖4）。
圖3 系統(tǒng)初始化前的I/O狀態(tài)
圖4 系統(tǒng)初始化后的I/O狀態(tài)
從圖3和圖4系統(tǒng)初始化前后的I/O狀態(tài)可以看出，機(jī)床的輸入信號(hào)及狀態(tài)沒有變化，只是輸出信號(hào)有變化，系統(tǒng)初始化前沒有輸出信號(hào)，但是初始化后系統(tǒng)PLC已經(jīng)有五個(gè)輸出信號(hào)（CUD模塊，紅色指示燈），因此可以認(rèn)為機(jī)床無法上電的故障不是由于外部輸入信號(hào)異常或外部硬件損壞導(dǎo)致，因?yàn)槌跏蓟昂筝斎胄盘?hào)沒有變化。
（4）機(jī)床接線不良導(dǎo)致機(jī)床無法上電機(jī)床進(jìn)行系統(tǒng)后擰鑰匙開關(guān)系統(tǒng)沒有任何反應(yīng)，對(duì)CNC，PLC進(jìn)行RESET復(fù)位，系統(tǒng)也沒有任何反應(yīng)，安全繼電器的運(yùn)行指示燈始終不亮（見圖5）。
圖5 系統(tǒng)初始化前的安全繼電器狀態(tài)
檢查安全繼電器的運(yùn)行條件，條件如下圖6所示，該繼電器的運(yùn)行條件主要有四組：S11與S12、S21與S22、S31與S32、S33與S34四組信號(hào)。其中S33與S34是上電使能信號(hào)，S21與S22、S31與S32是刀庫(kù)急停信號(hào)，S11與S12由中間繼電器KA5和KA6控制，只有KA5、KA6得電S11與S12才能閉合。
圖6 安全繼電器接線圖
檢查S33與S34上電使能信號(hào)，發(fā)現(xiàn)該信號(hào)是由斯通上電使能開關(guān)控制，用萬用表測(cè)試發(fā)現(xiàn)，上電使能開關(guān)能正常閉合，因此可以認(rèn)為故障不是由于上電開關(guān)接觸不良導(dǎo)致。
S21與S22及S31與S32，該信號(hào)是有刀庫(kù)急停控制，用萬用表測(cè)試發(fā)現(xiàn)，刀庫(kù)急停開關(guān)正常閉合，因此可以認(rèn)為故障不是由于刀庫(kù)急停開關(guān)接觸不良導(dǎo)致。
S 1 1 與 S 1 2 由 K A 5 、 K A 6 控制，其中KA6是由PLC輸出信號(hào)DUEXRE（超程釋放信號(hào)）控制，KA5是由PLC輸出信號(hào)DUPLCK（PLC準(zhǔn)備好）控制，因此S11與S12開關(guān)無法閉合，安全繼電器無法上電。
通過PLC程序得到，DUEXRE信號(hào)在機(jī)床開機(jī)后PLC無條件給出，并沒有其余關(guān)聯(lián)邏輯條件，而輸出信號(hào)DUPLCK是由DIPLCK控制，DIPLCK接在KA6的常閉出點(diǎn)1和9上，也就是機(jī)床開機(jī)CNC沒有上電前該信號(hào)就應(yīng)該有，但是通過觀察輸入信號(hào)指示燈，發(fā)現(xiàn)該信號(hào)沒有。進(jìn)一步檢查電氣線路，發(fā)現(xiàn)KA6的1觸點(diǎn)懸空，沒有接24V，與圖紙不符，用線給1觸點(diǎn)接上24V后（見圖7），該信號(hào)得電，CNC上電后信號(hào)燈滅，與圖紙邏輯相符。但是DIPLCK正常后，系統(tǒng)CNC依舊無法上電，DUEXRE和DUPLCK依然沒有輸出。因此可以認(rèn)為DUEXRE和DUPLCK信號(hào)沒有輸出不是由于外部信號(hào)導(dǎo)致。
圖7 KA6常閉點(diǎn)引入24V
為進(jìn)一步確認(rèn)系統(tǒng)CNC無法上電是否是由安全繼電器引起，可以將該繼電器的S11與S12、S21與S22、S31與S32、S33與S34四組信號(hào)全部短接（見圖8），是該繼電器的運(yùn)行條件滿，測(cè)試CNC能否上電。
圖8 安全繼電器短接運(yùn)行
把四組信號(hào)短接后，安全繼電器的四個(gè)指示燈亮，理論上應(yīng)該已經(jīng)滿足系統(tǒng)上電要求，但是復(fù)位CNC后，系統(tǒng)CNC依舊無法上電，關(guān)機(jī)重啟故障顯現(xiàn)沒有任何變化，因此可以認(rèn)為，故障不是由安全繼電器造成。
（5）CNC無法上電是由操作系統(tǒng)或數(shù)控系統(tǒng)軟件故障引起為檢查CNC無法上電是否由數(shù)控系統(tǒng)軟件或參數(shù)缺陷引起，于是把該機(jī)床的CUSTOM和CNC文件更換成出廠備份文件，但是故障依舊，因此可以認(rèn)為故障不是由CUSTOM和CNC文件或參數(shù)數(shù)據(jù)丟失導(dǎo)致。
而在進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)和操作系統(tǒng)測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，操作系統(tǒng)的文件無法用鼠標(biāo)右鍵打開，只能使用“打開”按鈕打開，同時(shí)在使用伺服驅(qū)動(dòng)調(diào)試軟件BRUCO時(shí)，該軟件無法打開，MCLTR.DLL文件丟失；用輸入輸出工具導(dǎo)入數(shù)據(jù)時(shí)，殺毒軟件也對(duì)該硬盤發(fā)出有病毒報(bào)警，對(duì)該硬盤進(jìn)行病毒查殺，發(fā)現(xiàn)有大量的各式病毒。軟件中病毒后會(huì)導(dǎo)致軟件內(nèi)部數(shù)據(jù)紊亂、文件丟失，數(shù)控系統(tǒng)軟件運(yùn)行的時(shí)序錯(cuò)亂，系統(tǒng)無法上電。由于無法對(duì)該硬盤進(jìn)行徹底的病毒查殺，殺毒軟件進(jìn)行病毒查殺時(shí)會(huì)把大量的數(shù)控系統(tǒng)文件判定為病毒軟件而刪除導(dǎo)致數(shù)控系統(tǒng)無法啟動(dòng)。
針對(duì)這種情況，于是使用全新的硬盤把WINDOWS系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)重裝并激活，機(jī)床參數(shù)文件使用系統(tǒng)廠商的原始備份數(shù)據(jù)，確保系統(tǒng)沒有病毒。
系統(tǒng)安裝完成并激活后，機(jī)床上電測(cè)試發(fā)現(xiàn)，操作系統(tǒng)的文件能用鼠標(biāo)右鍵正常打開，用伺服驅(qū)動(dòng)調(diào)試軟件BRUCO也能正常使用，因此可以認(rèn)為由于病毒造成的問題已經(jīng)解決。雖然系統(tǒng)經(jīng)過重裝后，病毒問題解決，但是機(jī)床進(jìn)行上電測(cè)試后發(fā)
現(xiàn)，故障現(xiàn)象依然沒有任何變化，因此可以認(rèn)為CNC無法上電的故障不是又操作系統(tǒng)或數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部文件丟失或病毒導(dǎo)致。
（6）CNC無法上電是由數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)及I/OLUX之間的通訊傳輸故障引起FIDIA系統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)及I/OLUX之間的傳通訊是通過FFB現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，如果該傳輸鏈路出現(xiàn)故障，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)床在上電過程中數(shù)據(jù)紊亂或丟失，CNC無法上電，要對(duì)CNC數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化，消除出現(xiàn)的錯(cuò)誤或紊亂以恢復(fù)正常。
對(duì)該鏈路的FFB總線進(jìn)行檢查，并重新插拔安裝，總線沒有發(fā)現(xiàn)問題，機(jī)床再次進(jìn)行測(cè)試，故障現(xiàn)象沒有變化。
在進(jìn)行上一系列步驟和測(cè)試都沒有發(fā)現(xiàn)故障原因后，再次研究系統(tǒng)初始化前后各模塊的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)FFB傳輸鏈路上的CC10模塊有細(xì)微差別，系統(tǒng)初始化后該模塊的L2燈變紅并閃爍（見圖9），初始化前L2燈不亮。通過對(duì)該模塊的資料進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)L2燈閃爍表示該鏈路在進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣或數(shù)據(jù)通訊傳輸，CC10模塊是I/O模塊與FFB總線模塊的接口模塊，如果模塊出現(xiàn)問題，就會(huì)導(dǎo)致采樣、傳輸中斷，I/O輸出模塊沒有輸出，導(dǎo)致系統(tǒng)的PLC輸出指令無法到達(dá)輸出模塊，造成故障，系統(tǒng)CNC無法上電。
圖9 CC10模塊的L2燈閃爍
更換CC10模塊后，機(jī)床上電測(cè)試發(fā)現(xiàn)，各模塊狀態(tài)正常，CC10的L2燈閃爍，表明采樣、數(shù)據(jù)傳輸通訊正常，CNC能夠正常上電，不用進(jìn)行系統(tǒng)初始化，故障消除。
3.結(jié)論
數(shù)控系統(tǒng)的CNC不能正常上電原因非常多，特別是系統(tǒng)初始化后CNC又能正常上電運(yùn)行，處理難度很大，需要對(duì)機(jī)床的電氣系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件分別進(jìn)行測(cè)試，逐一排除可能的因素，才能最終找到故障原因，消除故障。
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