CNC系统在线诊断：实时自动测试、检查与故障提示

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，实时自动对数控装置、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试、检查，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，而且还能实时显示NC内部关键标志寄存器及PLC内操作单元的状态，为故障诊断提供极大的方便。

另外，在线诊断是采用监控的方式来提示报警的，所以也称在线监控，可分为CNC内部程序监控与外部设备监控两种诊断形式。

CNC内部自诊断监控是通过系统内部程序，对各部分状态进行自动诊断、监视和检查的一种方法。在线监控范围包括CNC本身以及与CNC相连的伺服单元、主轴伺服单元、主轴、外部设备等。

1.数控系统内部程序监控

内部程序监控包括接口信号显示、内部状态显示和故障显示三方面。

1）接口信号显示。它可以显示CNC和PLC之间、CNC和机床之间的全部接口信号的现行状态。指示数字输入/输出信号的通断情况，帮助分析故障。

维修时，必须了解上述各信号所代表的意义，以及信号产生、撤销应具备的各种条件，才能进行相应检查。数控系统生产厂家所提供的“功能说明书”、“连接说明书”以及机床生产厂家提供的“机床电气原理图”是进行以上状态检查的技术指南。

2）内部状态显示。一般来说，利用内部状态显示功能，可以显示以下几方面的内容：

①造成循环指令（加工程序）不执行的外部原因。例如：CNC系统是否处于“到位检查”中；是否处于“机床锁住”状态；是否处于“等待速度到达”信号接通；在主轴每转进给编程时，是否等待“位置编码器”的测量信号；进给速度倍率是否设定为0％等。

②复位状态。指示系统是否处于“急停”状态或是“外部复位”信号接通状态。

③存储器内容是否能被正常读取。

④负载电流。

⑤位置跟随误差。

⑥伺服驱动部分的控制信息。

⑦编码器、光栅等位置检测元件的输入脉冲等。

3）故障显示。在数控系统中，故障信息一般以‘报警显示”的形式在CRT上显示。报警显示的内容根据数控系统的不同有所区别。这些信息大都以“报警号”加文本形式出现，具体内容以及排除方法在数控系统生产厂家提供的“维修说明”上可以查阅。

2.外部设备监控

是指采用计算机、PLC编程器等设备，对数控机床的各部分状态进行自动诊断、检查和监视的一种方法。例如：通过计算机、PLC编程器对PLC程序以梯形图、功能图的形式进行动态监测。它可以在机床生产厂家未提供PLC程序时，进行PLC程序的阅读、检查，从而加快数控机床的维修进度。此外，伺服驱动、主轴驱动系统的动态性能测试、动态波形显示，通常也需要借助必要的在线监控设备。

随着计算机网络技术的发展，作为外部设备在线监控的一种，通过网络连接进行的远程诊断技术正在进一步普及、完善。通过网络，数控系统生产厂家可以直接对其生产的产品在现场的工作情况进行检测、监控，及时解决系统中所出现的问题，为现场维修人员提供指导和帮助。

在线诊断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，提供报警号，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，经过分析处理，确诊故障点，并及时排除故障。

当然，实际诊断并不是那么容易的。因为所提供的报警信息并非是唯一准确的，而仅仅是表示故障可能的因素，即仅仅提供了一些查找故障原因的线索。维修人员应结合机床结构、查阅机床维修手册、凭借自己的实践经验、注意排除故障假象，找出真正的故障所在。另外，故障现象与故障原因并非一一对应关系，而往往是一种故障所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，即大部分故障是以综合故障形式出现的。

CNC机床自诊断系统功能的强弱是评价一个CNC系统性能高低的一项重要指标。各种CNC机床的自诊断功能报警号也不尽相同，只能根据具体机床的使用说明书和维修手册进行分析、诊断。不过报警编号的分类方法大同小异，一般是按机床上各元器件的功能分别编号的。例如某机床的CNC系统的报警信号编组如下：(www.xing528.com)

与CNC系统硬件（例如：存储器、伺服系统等）有关的报警编号为1～99；

与机械控制有关的报警编号为100～339；

与操作失误有关的报警编号为400～499；

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、温度或压力或液压等不正常、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。例如过热报警类、系统故障报警类、存储器故障报警类、伺服系统报警类、行程开关报警类、印制线路板间的连接故障报警类、编程/设定错误报警类、无操作报警类等。

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，经分析后加一些必要的测试，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、报警文本等随机所带的CNC系统的关键技术资料，它们是用电池保存于RAM存储器中。

例如：配置某系统的卧式加工中心出现故障。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，此后关机也不起作用（即不动了）。

故障诊断：检查401号报警内容表示：X、Y、Z轴速度控制“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-6045-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速度反馈电压没给或是断续给。

③电动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。

故障排除：经检查电动机动力电缆已烧断，更换电缆，故障排除。

维修实例表明，数控系统的自诊断功能在故障的诊断中起着十分重要的作用，它不但能保证系统的可靠运行，而且是维修人员排除故障的基本手段和方法。

3.在线诊断的作用

在线诊断包括CNC系统内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，都是在机床正常运行过程中，监视其运行状态的。除监视CNC系统内部的各种状态外，还监视与CNC系统相连接的机床各执行部件，例如主轴和进给伺服系统、坐标位置、接口信号、ATC（刀具自动交换）、APC（工件自动交换）、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。

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，提供报警号，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，经过分析处理，确诊故障点并及时排除故障。

1）系统硬件报警功能。在数控系统中设置了很多报警指示灯，控制单元、电源单元、伺服单元、主轴驱动单元上均有报警指示灯，每盏灯对应的报警内容在说明书上都有详细的说明，利用它们就能判断出故障的内容和故障发生的位置。这样故障诊断就可以确定到印制电路板一级。

2）系统软件报警功能。数控系统的软件报警功能也就是通常讲的自诊断功能。在系统工作期间，自诊断功能每时每刻都在监视着系统的工作情况，一旦监测到故障，就立即以报警的方式在CRT上显示出来，或者点亮各种报警指示灯，使系统立即停止工作。

自诊断功能将故障进行分类报警，大致可归纳为几类：存储器报警、设置错误报警、程序错误报警、误操作报警、过热报警、伺服系统报警、超程报警、连接错误报警、电源报警等。此外，可编程控制器故障、连接故障、温度或压力或液位等不正常、行程开关（或接近开关）状态不正常等都有对应的故障编号。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。