數(shù)控系統(tǒng)自診斷技術(shù)的應(yīng)用
　　大型的CNC、PLC裝置都配有故障診斷系統(tǒng)，可以由各種開關(guān)、傳感器等把油位、溫度、油壓、電流、速度等狀態(tài)信息，設(shè)置成數(shù)百個(gè)報(bào)警提示信息，診斷故障的部位和地點(diǎn)。所以要首先利用自診斷提示進(jìn)行故障處理。
　　自診斷系統(tǒng)的思想是：向被診斷的部件或裝置寫入一串成為測(cè)試碼的數(shù)據(jù)，然后觀察系統(tǒng)相應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)(稱為校驗(yàn)碼)，根據(jù)事先已知的測(cè)試碼、校驗(yàn)碼與故障的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過對(duì)觀察結(jié)果的分析以確定故障。系統(tǒng)自診斷的運(yùn)行機(jī)制是：系統(tǒng)開機(jī)后，一般自動(dòng)診斷整個(gè)硬件系統(tǒng)，為系統(tǒng)的正常工作做好準(zhǔn)備；另外就是在運(yùn)行或輸入加工程序過程中，一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入自診斷狀態(tài)，通過故障檢測(cè)，定位并發(fā)出故障報(bào)警信息。
故障自診斷技術(shù)是當(dāng)今數(shù)控系統(tǒng)一項(xiàng)十分重要的技術(shù)，它的強(qiáng)弱是評(píng)價(jià)數(shù)控系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的自診斷能力越來越強(qiáng)，從原來簡(jiǎn)單的診斷朝著多功能和智能化的方向發(fā)展。例如，西門子公司的810T/M系統(tǒng)故障報(bào)警就分為系統(tǒng)硬件、操作、NC報(bào)警、PLC報(bào)警等多種類別。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，并確定故障部位。因此,對(duì)維修人一員來說，熟悉和運(yùn)用系統(tǒng)的自診斷功能是十分重要的。
　　CNC系統(tǒng)自診斷程序一般分為三套，即啟動(dòng)診斷、在線診斷和離線診斷。
　　1．啟動(dòng)診斷
啟動(dòng)診斷是指CNC系統(tǒng)每次從通電開始進(jìn)入到正常的運(yùn)行準(zhǔn)備狀態(tài)為止，系統(tǒng)內(nèi)部診斷程序自動(dòng)執(zhí)行的診斷。啟動(dòng)自診斷主要的診斷內(nèi)容有CPU、ROM、RAM、EPROM(電控可改寫只讀存儲(chǔ)器)、I/O接口單元，CRT/MDI單元(手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入)、紙帶閱讀機(jī)、軟盤單元等裝置或外部設(shè)備。每當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)通電開始，系統(tǒng)內(nèi)部自診斷軟件對(duì)系統(tǒng)中最關(guān)鍵的硬件和控制軟件，如裝置中的CPU、RAM、ROM等芯片，MDI、CRT、I/O等模塊及監(jiān)控軟件、系統(tǒng)軟件等逐一進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果在CRT上顯示出來。一旦檢測(cè)通不過，即在CRT上顯示出報(bào)警信息或報(bào)警號(hào)，指出哪個(gè)部分發(fā)生了故障。只有當(dāng)全部開機(jī)都正常通過后，系統(tǒng)才能進(jìn)入正常運(yùn)行準(zhǔn)備狀態(tài)。啟動(dòng)診斷通常在lmin內(nèi)結(jié)爿用硬盤驅(qū)動(dòng)器的數(shù)控系統(tǒng)，如SINUMERIK 840C系統(tǒng)因要調(diào)用硬盤中的文件，時(shí)一些。上述啟動(dòng)診斷有些可將故障原因定位到電路板或模塊上，有些甚至可定·上，如指出哪塊EPR。M出現(xiàn)了故障，但在很多情況下僅將故障原因定位在某一維修人員需要通過維修手冊(cè)中所提供的多種可能造成的故障原因及相應(yīng)排除方真正的故障原因并加以排除。
　　例6 FAGOR8025系統(tǒng)開機(jī)后，屏幕顯示076 Y—FEEDBACK ERR。R詢安裝調(diào)試手冊(cè)可得知位置檢測(cè)編碼器輸出信號(hào)錯(cuò)誤。維修人員檢查接插件勇發(fā)現(xiàn)一處電纜被拉壞，經(jīng)調(diào)查了解，是由于運(yùn)輸時(shí)拆卸電機(jī)不當(dāng)造成的。
　　啟動(dòng)診斷技術(shù)幾乎在所有現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用和發(fā)展。如： MENS、美國A—B公司、日本FANUC公司20世紀(jì)70年代以后推出的CNC系自斷技術(shù)的實(shí)現(xiàn)上，大都采用了啟動(dòng)診斷方式。啟動(dòng)診斷為數(shù)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行靠的保證。
　　2．在線診斷
　　在線診斷是指通過CNC系統(tǒng)的內(nèi)裝程序，在系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，實(shí)數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、外部的I/O及與數(shù)控裝置相連的其他外部裝置進(jìn)行自動(dòng)測(cè)并顯示有關(guān)狀態(tài)信息和故障。系統(tǒng)不僅能在屏幕上顯示報(bào)警號(hào)及報(bào)警內(nèi)容，而時(shí)顯示NC內(nèi)部關(guān)鍵標(biāo)志寄存器及PLC內(nèi)操作單元的狀態(tài)。在線診斷包括CN部設(shè)置的自診斷功能和用戶單獨(dú)設(shè)計(jì)的對(duì)加工過程狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)，都正常運(yùn)行過程中，監(jiān)視其運(yùn)行狀態(tài)的。除監(jiān)視CNC系統(tǒng)內(nèi)部的各種狀態(tài)外, CNC系統(tǒng)相連接的機(jī)床各執(zhí)行部件，如主軸和進(jìn)給伺服系統(tǒng)、坐標(biāo)位置、接I=I信 APC、外部設(shè)備等。只要系統(tǒng)不斷電，在線診斷就一直進(jìn)行而不停止口
　　一旦監(jiān)視的信息超限，診斷系統(tǒng)就通過顯示器或指示燈等發(fā)出報(bào)警信號(hào)，一號(hào)，配以適當(dāng)注釋，并顯示在屏幕上。維修人員根據(jù)這些故障信息，經(jīng)過分析處竭障點(diǎn)并及時(shí)排除故障。
　　當(dāng)然，實(shí)際診斷中并不是那么容易的，因?yàn)樗峁┑膱?bào)警信息，并非唯一準(zhǔn)碉僅是故障可能原因的諸因素((2～5)個(gè))，即僅僅提供了一些查找故障原因的線維修人員結(jié)合機(jī)床結(jié)構(gòu)，查閱機(jī)床維修手冊(cè)，憑借自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，逐一排除故葬出真正的故障所在。另外，故障現(xiàn)象與故障原因并非一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，而往往是一引發(fā)出的現(xiàn)象是由幾種原因引起的，或一種原因引起幾種故障。即大部分故障故障形式出現(xiàn)的。
　　各種CNC機(jī)床的自診斷功能報(bào)警編號(hào)不盡完全相同，只能根據(jù)具體機(jī)床的書、維修手冊(cè)進(jìn)行分析、診斷。不過報(bào)警編號(hào)的分類方法大同小異，一般是按機(jī)器件的功能分類分別編號(hào)的。
　　例7某機(jī)床的CNC系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào)編組如下：
　　與CNC系統(tǒng)硬件(如存儲(chǔ)器、伺服系統(tǒng)等)有關(guān)的報(bào)警編號(hào)為l一99；
　　與機(jī)械控制有關(guān)的報(bào)警編號(hào)為100～399；
　　與操作失誤有關(guān)的報(bào)警編號(hào)為400一499；
　　與外部通信對(duì)話有關(guān)的報(bào)警編號(hào)為500—599；
　　與加工程序編制錯(cuò)誤有關(guān)的報(bào)警編號(hào)為600～699；
　　此外，還有與可編程控制器故障，連接方面的故障，溫度、壓力、液位等不正常，行程開關(guān)(或接近開關(guān))狀態(tài)不正常等都應(yīng)有對(duì)應(yīng)的編號(hào)。在每一類報(bào)警范圍內(nèi)，又按故障分類報(bào)警。如過熱報(bào)警類、系統(tǒng)故障報(bào)警類、存儲(chǔ)器故障報(bào)警類、伺服系統(tǒng)故障報(bào)警類、行程開關(guān)故障報(bào)警類、印制電路板間的連接故障報(bào)警類、編程/設(shè)定錯(cuò)誤報(bào)警類、誤操作故障報(bào)警類等。
　　機(jī)床自診斷功能的故障報(bào)警顯示給維修帶來了極大的方便。故在使用和維修過程中，一定要充分重視，并利用故障報(bào)警顯示的狀態(tài)信息，經(jīng)分析或加一些必要的測(cè)試，最后找出真正的故障原因。
　　為此，要特別重視、注意保護(hù)系統(tǒng)軟件及系統(tǒng)數(shù)據(jù)，特別是CNC與PLC機(jī)床數(shù)據(jù)、 PLC用戶程序、報(bào)警文本等以及隨機(jī)所帶的CNC系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)資料，它們是用電池保持存儲(chǔ)于RAM中。
　　例8從德國沙爾曼公司引進(jìn)的一臺(tái)數(shù)控鏜銑床，NC系統(tǒng)為西門子的SINUMER． IK 8MC，在數(shù)控模塊MSl00上的四個(gè)紅色發(fā)光二極管M、I/O、S、PC指示故障存在的原因。同時(shí)，操作盤上的CRT監(jiān)視器顯示報(bào)警號(hào)，指出故障原因。
　　(1)故障現(xiàn)象。Z軸運(yùn)行抖動(dòng)，瞬間出現(xiàn)NCl23號(hào)報(bào)警，機(jī)床隨即停止運(yùn)行。根據(jù)報(bào)警號(hào)查閱報(bào)警內(nèi)容表，顯示報(bào)警原因是跟蹤誤差超出了機(jī)床數(shù)據(jù)設(shè)定的規(guī)定值，同時(shí)提示造成此報(bào)警的可能原因有：
　　①位置測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)元件與機(jī)械位移部分連接不良；
　?、趥鲃?dòng)部件出現(xiàn)間隙；
　?、畚恢瞄]環(huán)放大系數(shù)Kv(即增益)不匹配。
　　(2)檢查分析。經(jīng)檢查，初步定為②、③原因，使得Z軸(方滑枕)運(yùn)行過程中產(chǎn)生負(fù)載擾動(dòng)而造成位置閉環(huán)振蕩。照此分析排除故障如下：修改原z軸的機(jī)床設(shè)定環(huán)節(jié)(TENl52)的數(shù)據(jù)，將原值S1333改為S800，即降低了放大系數(shù)，有助于位置閉環(huán)的穩(wěn)定性。經(jīng)試運(yùn)行發(fā)現(xiàn)雖振動(dòng)現(xiàn)象明顯減弱，但未徹底消除。這說明是第②種原因，即機(jī)械傳動(dòng)出現(xiàn)間隙的可能性增大，可能是滑枕楔鐵松動(dòng)造成滾珠絲杠或螺母竄動(dòng)。這時(shí)，對(duì)機(jī)床各部位采取先易后難，先外后內(nèi)逐一否定的辦法，最后找到真正的故障源：滾珠絲杠螺母背帽松動(dòng)，使傳動(dòng)出現(xiàn)間隙。當(dāng)Z軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于間隙造成負(fù)載擾動(dòng)，導(dǎo)致位置閉環(huán)振蕩而出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象。
　　(3)故障排除。調(diào)整好間隙，緊固松動(dòng)的背帽，并將機(jī)床設(shè)定環(huán)節(jié)TENl52的數(shù)據(jù)恢復(fù)到原值，故障消除。
　　例9 TH6350臥式加工中心出現(xiàn)故障。
　　(1)故障現(xiàn)象。機(jī)床工作過程中突然發(fā)生y、Z軸不能動(dòng)作，發(fā)出401號(hào)報(bào)警。后來關(guān)機(jī)后再啟動(dòng)，還能繼續(xù)工作，此后關(guān)機(jī)也不能動(dòng)作了。檢查401號(hào)報(bào)警內(nèi)容表：X，y，Z軸的速度控制“READY”信號(hào)斷開。由此檢查X，y，Z軸的速度控制單元板，發(fā)現(xiàn)y軸速度控制單元板(A06B一6045一C001)的TGLS報(bào)警燈亮，說明是y軸伺服系統(tǒng)的故障。提示可能原因有：
　?、儆≈齐娐钒逶O(shè)定不合適；
　?、谒俣确答侂妷簺]有或是斷續(xù)的；
　?、垭姍C(jī)動(dòng)力電纜沒有接到速度控制單元T1板的5，6，7，8端子上或動(dòng)力電纜短路。
　　(2)故障排除。經(jīng)檢查電機(jī)動(dòng)力電纜已被燒斷，更換電刷，故障排除。
　　3．離線診斷
　　當(dāng)CNC系統(tǒng)出現(xiàn)故障或要判斷系統(tǒng)是否真正有故障時(shí)，往往要停機(jī)檢查，此時(shí)稱為離線診斷(或脫機(jī)診斷)。其主要目的和任務(wù)是最終查明故障和進(jìn)行故障定位，力求把故障定位在盡可能小的范圍內(nèi)，如縮小到某一模塊上、某個(gè)電路板上或板上的某部分電路，甚至某個(gè)芯片或元器件上。這種診斷方法屬于高層次診斷，其診斷程序存儲(chǔ)及使用方法一般不相同。如美國A—B公司8200系統(tǒng)離線診斷時(shí)，才把專用的診斷程序讀入CNC中運(yùn)行檢查故障。而有的系統(tǒng)將這些診斷程序與CNC控制程序一同存入CNC中，維修人員可隨時(shí)用鍵盤調(diào)用這些程序并使之運(yùn)行，在CRT上觀察診斷結(jié)果。離線診斷可以在現(xiàn)場(chǎng)、維修中心或NC系統(tǒng)制造廠進(jìn)行操作和控制。
　　具體做法是：將運(yùn)行控制計(jì)算機(jī)和與之相連的外部設(shè)備斷開，啟動(dòng)運(yùn)行各控制部分的自診斷程序(與系統(tǒng)運(yùn)行控制程序分開的程序)，有時(shí)還需要專門設(shè)計(jì)一些檢測(cè)線路。診斷時(shí)，把整個(gè)系統(tǒng)劃分為若干個(gè)診斷區(qū)(基本上按功能劃分，有時(shí)也根據(jù)線路插件板劃分)，由診斷計(jì)算機(jī)向診斷區(qū)發(fā)送測(cè)試碼，然后觀測(cè)被診斷對(duì)象的響應(yīng)，并與標(biāo)準(zhǔn)比較，判斷有無故障及進(jìn)行故障定位。離線診斷所用的儀器、軟件和硬件有：
　?、賹Ｓ迷\斷紙帶(早期的NC裝置)，它主要提供診斷所需要的數(shù)據(jù)。診斷時(shí)，將紙帶內(nèi)容輸入NC系統(tǒng)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)中，系統(tǒng)中的CPU則根據(jù)相應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)，分析判斷得出有無故障和故障位置的結(jié)論?？梢栽\斷讀入裝置、CPU、RAM、I/O接口等。
　　例l0德國MAH。公司的CNC432系統(tǒng)離線專用程序內(nèi)容包括對(duì)顯示單元，控制面板上各鍵及旋鈕功能，CPU插件內(nèi)部各電路、接口電路、RAM功能，存儲(chǔ)器插件(RAM、EPRAM)功能，x，y，Z，主軸伺服電機(jī)的插件功能，主軸伺服電機(jī)插件功能，輸Ⅳ輸出插件功能，輔助輸Ⅳ輸出插件，調(diào)用受過專fliJil練的維修專家診斷功能等。
　?、诠こ處熋姘?。
　?、鄹难b過的CNC系統(tǒng)通過專用測(cè)試裝置進(jìn)行測(cè)試。
　　由于計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，自診斷系統(tǒng)也在朝著兩個(gè)方向發(fā)展：一方面依靠系統(tǒng)資源發(fā)展人工智能專家故障診斷系統(tǒng)，另一方面將利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程通信自診斷系統(tǒng)。例如，SINUMERIK 840D，F(xiàn)ANUC 16均可支持網(wǎng)絡(luò)功能。