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S T E P 7在数控机床 故障诊 断中的应用 赵志林李辉 南车青岛四方机车车辆股份有限公司， 山东 青 岛 2 6 6 1 1 1 摘要 介绍了西门子编程软件 S T E P ／ 在数控机床故 障诊断中的应用， 给出了 S T E P ／ 通过对机床 P L C的 在线监控来实现机床故障诊断的基本步骤和方法 ， 为广大数控机床维护工作者提供了一定的经验。 关键词 S T E P ／ 数控机床故障诊断P L C 中图分类号 T G 6 5 9 文献标识码 A Ap p l i c a t i o n o f STEP 7 i n f a u l t d i a g n o s i s o f CNC ma c h i n e ZHAO Z hi l i n，LI h u i C S R Q i n g d a o S i n g L o c o mo t i v e R o l l i n g S t o c k C o ． ，L t d ． ， Q i n g d a o 2 6 6 1 1 1 ， C H N Ab s t r ac t Th i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e a p p l i c a t i o n o f SI EMENS p r o g r a mmi n g s o f t wa r e S rr EP 7 i n CNC ma c hi ne s f a u l t d i a g n o s i s，a n d g i v e s b a s i c s t e ps a n d me t h o d s a b o ut ma c hi n e t o o l S f a ul t d i a g n o s i s b y mo n i t o rin g ma - c h i n e S PLC o n l i n e ． I t o f f e r s s o me e x pe rie n c e s t o p e o p l e who ma i n t a i n CNC ma c h i n e s ． Ke ywo r d s S TEP7；CNC Ma c hi n e s；F a u l t Di a g n o s i s ；PLC 随着设备工业 自动化 的发展 ， 企业、 工厂中数控机 床的应用越来越多 ． 西门子 s 7系列 P L C在数控机床 领域也得到了广泛 的应用 ， 实现了整个机床的 自动化 及逻辑控制 。然而随着 自动化程度的提高 ， 数控机床 所出现 的故障相对普通机 床也要复杂一些 ． 难 以快捷 定位故障点并得到处理。面对严峻的生产任务及数控 机床的停机或功能性故障所带来的高额成本 ， 故障 的 排除更要求快速和准确。而西 门子 P L C的编程工具 S T E P 7不仅实现了机床控制程序的开发 ， 而且在机床 后续的使用过程中． 对机床所出现 的故障进行诊断也 起着很重要的作用 。 1 S T E P 7概述 S T E P 7编程软件是基于 Wi n d o w s 的应用软件 ， 由 西门子公司专门为 S I MA T I C s 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C系列可 编程序控制器设计开发的， 主要为用户开发控制程序 使用 ， 同时也可以实时监控用户程序的执行状态 。 用以 在线故障诊断。 2 S T E P ／ 在数控机床故障诊 断中的应用 2 ． 1 S T E P ／ 与 s 7 - 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C通讯 2 ． 1 ． 1 S T E P 7与 s 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C通讯 方式 在装有 S T E P 7编 程 软件 的计 算机 和 s 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C站间建立通讯连接 ， 常用的有如下几种通讯方 式 。 1 R S 2 3 2 P C A d a p t e r 编 程 通 讯 适 配 器 方 式 ， 支 持 MP I ／ P r o fi b u s 通讯协议。 2 U S B P C A d a p t e r 编程通讯适 配器方式 ， 支持 MP I ／ P r o fi b u s 通讯协议 3 使用计算机工业以太网通信卡 C P 1 5 1 2 P C M C I A卡 或 C P 1 6 1 2 P C I 卡 ， 通过工业 以太 网实现与 P L C通讯 4 C P 5 6 1 1通信 适配 器， 适 合于 台式机 或工控 机 ， C P 5 6 1 1 卡安装于计算机的 P C I 插槽上 ， 支持 MP I ／ P r o fi b u s 通讯协议。 5 C P 5 5 1 1 ／ C P 5 5 1 2通信适 配器。C P 5 5 1 l是早 期 的 1 6位 P C MC I A卡 ， 现 已经 停产 。C P 5 5 1 2卡是 C P 5 5 1 1卡的升级版 ， 配合便携机使用 ， 装于笔记本电 脑 的 P C MC I A卡插 槽 ， 为 即插 即用 型设备 ， 兼容 性优 于 C P 5 5 1 1 。支持 MP I ／ P r o fi b u s 通讯协议 。 2 ． 1 ． 2 P C与 P L C通讯的建立 以笔者所用的 C P 5 5 1 2卡及笔记本 电脑 ， S 7 3 0 0 系列 P L C ，MP I 通讯电缆为例 ， 介绍与 C P U通讯 的建 立 步骤 。 如 下 1 将 C P 5 5 1 2卡置于笔记本 P C MC I A卡插槽 中， 自动识别并安装新硬件。 2 设置 S e t P G ／ P C I n t e rf a c e 并 做 测试 。启 动 S I ． MATI C Ma n a g e r - - Opt i o n s S e t PG／P C I n t e rfa c e⋯ 数控专栏 C P 5 5 1 2 M P I - - - P r o p e r t i e s ， 为 MP I 属 性作如下 设置 ， 见 图 1 。 图 1 M P I 属 性 设 置 按照图 1设置完成后， 在“ S e t P G ／ P C I n t e r f a c e⋯” 对话框 中， 点击 “ D i a g n o s t i c s ” 按钮 ， 进入 网络诊断 画 面。然后点击“ R e a d ” 按钮， 可以看到 网络上 的站点 ， 显示画面 ， 见图 2 ， 站点具体参见用户机床 P L C程序设 置。完成 P G ／ P C I n t e r f a c e的设置， P C与 P L C的 C P U 通讯成功建立 ， 为下一步诊断做好准备。 图2 P C与CP U通讯成功 画面 如果选用 P r o fi b u s连接 电缆时 ， 连接方法 同 M P I 电缆连接方法 ， 只是这时 P r o fi b u s 接 口的通讯 波特率 不再是 1 8 7 ． 5 k b ／ s ， 而是 1 ． 5 Mb ／ s 。 2 ． 1 ． 3 机床程序上载 将程序从 机床 P I C的 C P U上 载到 P C中 ， 执行 下 列 步骤 1 在 S I MA T I C M a n a g e r 编程软件 中创建一个新 的 S 7程序 。 2 单击工具栏中的“ O n l i n e ” 图标。 3 选择 P L C - U p l o a d菜单项 ， 将本机床 P L C控 制程序上载到用户计算机中。 4 打开 s 7程序并选择“ B l o c k s ” 文件夹 用户程 序 ， 以便诊断。 2 ． 2 S T E P 7故障诊断方法 2 ． 2 ． 1 使用 Mo n i t o r B l o c k测试功能在线监视 通过 M o n i t o r B l o c k测试功能在线监视机床 P L C 的运行 ， 实时查看程序执行过程中各元件 的工作状态 及变化。可以通过点击 S T E P 7菜单栏中“ 眼镜 图标” 或选择 D e b u g - - - Mo n i t o r ， 为当前在 L A D ／ S T L ／ F B D编辑 器 中打开的程序块激活块状态的监视模式 ， 实时监视 程序的运行。以较直观的梯形图 L A D方式为例， 见图 3 。程序执行过程 中， 若状态满足时 ， 元件以灰色连续 线显示 ， 即有“ 能流” 流过 ， 表示元件正常； 若状态不满 足时 ， 元 件 以点状 线显示 ， 即没有 “ 能流 ” 流过 ， 深 黑色 连接线表示状态未知， 此时可查找能流 中断处外围相 应的输入 、 输出， 检查其信号是否满足。对于能流 中断 处 1 0 ． 1 ， 这时我们查找 I O ． I变量所对应的输入 ， 检查 发现其为一行程开关 ， 其触头 由于弹簧老化失效未弹 出， 即未复位， 从而造成程序在该处 中断。 I O ．O门 i 回 M8 ．O I O 1厂 1 豆 『 ] 1 l i E N E N Ol 。’ ⋯一 I E N E N O 卜 一 OUT 一 N⋯ 黼 图3 梯形图程序的状态显不 2 ． 2 ． 2 调用 跳转 到位 置功 能 在进行故障排除时， 常常只需要确定地址在程序 的什么地方使用或被 赋值。这种情 况下 ， 可以调用 “ G o t o - - - L o c a t i o n ” 跳转到位置 功能准确定位所查找 的地址 。使用 鼠标右键点击变量地址 ， G o t o L o c a t i o n 对话框窗口就会打开 ， 见图 4 ， 就会发现变量 M 6 0在功 能块 F C 1 0 4中的 N e t w o r k 2 5和 N e t w o r k 2 6中用到， 共用 到 2次 ， 单击 其中一个就会定位到相应的 N e t w o r k程 序段 中。从而对所怀疑 的故障变量做到心 中有数 ， 同 时缩小了故障查找点。 图4 跳转到位置 的应用 ； ． ； _ 】 平崩 删 2 ． 2 ． 3 运用 在线 强制功 能 S T E P 7提供接 口信号强制功能 F o r c e ， 目的是通 过直接触发某个触点动作 ， 对 于 s 7 3 0 0 ， 只能强制过 程映像输入和输 出； 而对于 s 7 4 0 0 ， 还可以强制位存 储器和外设。若怀疑故 障是 由某个变量 外围输入或 输出 不满足而引起 ， 通过强制可以将该变量在程序 中的状态转化为正常状态 ， 进行功能测试 ， 以排除故障 是不是 由该变量导致。对某机床 P L C控制程序如 图 5 ， 如果欲强制变量 I 8 ． 7或 1 2 5 ． 3 ， 可在 F o r c e V a l u e s 对 话框中 F o r c e v a l u e 栏对相应的变量进行强制 。 强制功能测试的启用步骤如下 图5 强 制变量 cN c s e mI n a r数控专栏 1 菜单栏选择 P L C - - D i s p l a y F o r c e V a l u e s ， 打开 F o r c e V a l u e s 窗 口。 2 在 “ A d d r e s s ” 列 中如 输 入所 要 强 制 的变 量 ， 在 “ F o r c e V a l u e s ” 列中输入要强制的数值 1 或 0 。 3 F o r c e V a l u e s菜单栏 下通 过 V a 曲b l e _ F o r c e 菜单选项启动强制功能。 4 F o r c e V a l u e s菜单 栏 下通 过 V a r i a b l e S t o p F o r c e菜单选项结束强制作业 。 3 结语 现代化的数控机床大都通过 P L C控制 ， 据笔者现 场经验来看 ， P L C自身故障率很低 ， 几乎没有 ， 机床 的 大多数故障都 由外 围信号诸如输入 、 输出 传感器 、 功 能性开关和电磁阀等 状态不满足而导致。而这些外 围信号对一台机床来说 ， 少则几 十个 ， 多则上百个 ， 不 便于排查 。所 以针对带有西 门子 s 7 ～ 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C的 数控机床 ， 借用 S T E P 7编程软件进行故障诊断 ， 对快 速 、 准确地排除故障， 以降低停机成本显得更有意义。 编辑李静 收稿 日期 2 0 1 0 1 0 1 8 文章编号 1 1 0 5 5 1 如果您想发表对本文的看法。 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。 书讯 能源与设备节能技术问答曾祥东主编 ， 2 0 0 9年 l 0月 出版 邮购价 5 7 ． 6 0元 本书第 1 章概述， 介绍了国内外能源与设备节能技术现状及发展趋势； 第 2章能源与设备节能技术改造必备的基本知识； 第 3 章典型设备节能技术改造及操作实例 主要介绍了台车式热处理炉、 台车式加热炉、 电弧炉、 锅炉 、 泵类设备 、 空调器、 压力管道等的 节能技术改造 。 本书对 国家节约能源法等一些法律法规也作了简要介绍 ， 可供读者使用参考 。 本书取材广泛， 是由设备维修改造节能技术工作实践汇集而成， 可供设备管理人员 、 设备维修人员、 设备操作人员 、 设备订购人 员 、 能源管理 人员 、 能源计量人员和广大工程技术人员参考 ， 也可作为专业培训教材 。 电镀工程手册曾华粱倪百祥编 ， 2 0 1 0年 1月出版 邮购价 9 4 ． 8 0元 本手册是一本从电镀工艺人员的角度介绍有关电镀设备和电镀工程的技术书籍。主要内容包括 电镀项 目的工艺设计， 电镀 工艺选择， 机械前处理设备， 槽子， 溶液的加热、 冷却 、 搅拌、 恒温控制及过滤 ， 滚镀与振动镀设备、 整流器和直流线， 阴阳极与导电， 抽风 、 送风和废气处理 ， 干燥 和除氢设备 ； 电镀参数 的自动控制 ， 直线式 电镀 自动线 ， 环形 自动线 ， 线 带 电镀线 和水平 电镀 线 ， 专用 电镀线， 专用辅助设备 ， 给水、 排水、 供气和回水， 电镀厂的防腐， 电镀废水处理。书中的许多图都来 自生产蓝图， 实用性强。 本手册可供电镀业主 、 电镀技术人员和技工在新建 电镀厂点 、 改造现有设 备和采购新设 备时参考 。 机械安全速查手册王健石主编 ， 2 0 0 9年 9月出版 邮购价 9 4 ． 8 O元 本手册全面系统地介绍了机械安全标准5 9项， 绝大部分是强制性国家标准和行业标准。手册共 7章 ， 分别为机械安全防护、 切削机床安全防护、 木工机床安全 、 建筑机械安全、 起重机械与输送机械安全、 矿用机械安全、 锻压机械与铸造机械安全。 手册可供广大机械行业负责安全的管理者、 技术人员使用， 也可供安全监督 、 安全检查等各类安全人员使用。同时可供高等院 校机械专业广大师生参考。 英汉现代机电小词典王锡麟 主编 ， 2 0 0 9年 1 0月出版 邮购价 8 8 ． 8 0元 本词典 是一 部机 电类综合性双语词典 ， 主要供从事机电专业的在校专科以上的学生和研究生 、 科研 和工程技术人员 、 翻译人员 学习和在阅读 和翻译有关 书刊、 文献资料时查阅。收词范围主要包括机械 、 电工 电子 、 仪 器仪 表三大部 分 ， 涉及产 品 、 设计 、 制造 、 材 料 、 工艺 、 使用 、 维修等。收词以名词 术语 和相应 的复合词 为主 。本词 典收词 近 6 ． 4万条 。本词 典收 录了部分新词 ， 以满 足广大读 者在使用中解惑 释疑 的要求 。 来款请 寄 北京市朝阳区望京路 4号 ， 机床杂志社收 ， 邮编 1 0 0 1 0 2 。 u l l_平 3 1 61