摘  要：本文就我公司幾臺數控機床故障診斷中產生的PLC輸入信號正、負邏輯究竟哪一個有效的問題提出了判斷的方法，并以實例說明如何深刻認識輸入信號的含義，獲得全面的理解。

在數控技術中，PLC是可編程邏輯控制器的專用縮寫名稱。幾乎每臺數控機床都有PLC以及PLC控制程序，它規定了數控系統在接收到從機床傳來的各種輸入信號后，如何按一定的時間順序發出各種指令去指揮機床的各個功能動作或顯示各種信息。

輸入信號流程的基本形式如圖1：24V DC電源正端通過虛線框送到PLC的輸入端E××.×。虛線框所代表的元器件以及通過它送到PLC輸入端的信號，其含義不外乎是以下幾種：

圖1　輸入信號電路形式

（1）緊急停止開關、限位開關的觸頭——輸入信號反映是否觸碰了急停開關，各伺服軸行程是否超越了極限位置；

（2）液壓泵電機、潤滑泵電機、冷卻液泵電機和排屑器電機自動開關的輔助觸頭——輸入信號反映了這些電機是否在正常運轉；

（3）溫度傳感器——輸入信號反映電控柜等裝置內部溫度是否正常；

（4）壓力傳感器——輸入信號反映液壓系統、氣動系統、潤滑系統中某點的壓力是否在正常范圍；在液壓系統和潤滑系統中還用于檢測過濾器是否阻塞；

（5）位置傳感器（接近開關）——輸入信號反映主軸變速齒輪檔變換到位的情況、自動換刀器的轉臂和機械手的當前位置、托板工作臺的位置、刀庫元器件的當前位置、刀具在主軸錐孔中是否放松了等等的信息；

（6）液位傳感器——輸入信號反映液壓油箱、潤滑液箱、冷卻液箱、回流液箱內液面的高低。

尚有另外一些輸入信號，借助予一些按鈕和開關送到PLC中從略。

PLC 的輸出信號比較簡單。PLC的24VDC電源輸出與各繼電器線圈、電磁閥線圈或指示燈等元件相連，或驅動某元件動作，或發出某信號。電氣原理圖中對PLC 輸出信號的注釋往往有很明確的含義，維修人員不會誤解。例如，某輸出信號A××.×的注釋是：“夾緊工作臺”，則我們可以立即知道：當輸出信號A××.× ＝“1”（邏輯“1”，即24VDC）時，就會發生夾緊工作臺的動作。把A××.×＝“1”跟注釋內容對應起來，劃上等號。

然而，對于PLC的輸入信號，情況則不然，因為E××.×＝“1”跟注釋內容并不一定能對等起來。我們把輸入信號＝“1”與注釋內容相對應稱為“正邏輯”注釋法；把輸入信號＝“0”與注釋內容相對應稱為“負邏輯”注釋法。例如，我公司CW800加工中心上用E8.7＝“1”表示“液壓油溫度太高”，使用了 “正邏輯”的注釋法，而另一臺CW500加工中心，雖出自同一制造廠，卻以E23.1＝“0”表示“液壓油溫度太高”，使用了“負邏輯”注釋法。

一臺機床的PLC輸入信號注釋如果全部使用“正邏輯”，會給故障診斷帶來很大的方便；但事實上許多數控機床制造廠家給用戶的PLC輸入信號清單中都是正、負邏輯混用的，這給維修人員帶來很大困難，筆者根據幾年來維修機床的經驗，認為可以用以下幾個辦法來確定某個輸入信號的注釋是使用了哪種“邏輯”。

（1）有些輸入信號，特別是經由急停開關、限位開關觸頭串聯電路輸入的信號，以及經由自動開關輔助觸頭串聯電路輸入的信號，從電路圖上可以判定：輸入信號必須為“1”時才屬正常狀態。

（2）對于經由位置傳感器中的感應式接近開關輸入的信號，可以直接觀察機床上的運動元件與傳感器之間的相對位置得出明確的結論。受控的運動元器件（如換刀器轉臂、機械手等）向接近開關趨近，到達規定位置后，接近開關發出“1”信號。因此，絕大多數情況下，編制PLC程序時，都會以“正邏輯”作注釋。如在機床上不易觀察到實物，也可以從機械裝配圖中得出結論。需要注意的是，也有例外情況。例如在圖2中的受控運動元件向右運動過程中，缺口中心線尚未到達傳感器軸心線位置時，傳感器始終送出“1”信號給PLC，一旦缺口中心線與傳感器軸心線基本重合，由于感應距離太遠，傳感器就送出“0”信號給PLC，數控機床制造廠在PLC程序中對這種情況往往簡單地注釋為“E××.×某某元件定位”，但從圖中可以清楚地知道：定位時，輸入信號實際是“0”，因此廠家用的是“負邏輯”注釋。這一類的例外情況往往造成我們的誤診斷，在最壞的情況下會使機械故障越來越嚴重；所以在有疑問時，必須去觀察實物環境或從機械裝配圖中求答案。

圖2　受控機械元件的運動以及位置傳感器的檢測方式

　�。�3）機床在正常運轉情況下，不會有任何報警或故障信息顯示。這時，可以利用自動運行時的空隙時間，在診斷某菜單頁面上查閱到各輸入信號的狀態，將其抄錄下來，然后與輸入信號清單的注釋一一對照。用這個方法可以得到以下這類信號究竟是“1”還是“0”算正常：“電控柜的溫度”、“液壓油的溫度”、

[NextPage] “保護門柵開著/關閉”、“液壓回路暢通/阻塞”、“潤滑油、液壓油、冷卻液液面位置”、“壓縮空氣壓力”、“參考點到達”等。對于運動著的機床，這類信息相對靜止，所以記錄下來有意義。一旦有故障，屏幕上出現報警信息時，再去查輸入信號，與記錄的內容一比較就更可以確定故障的性質了。
　�。�4）有些輸入信號不一定“1”/“0”就是正常狀態，而變成“0”/“1”就是非正常狀態。這些信號是隨特定條件而變化，并產生不同的結果。這在輸入信號清單中，是看不出明確的詳盡含義的。這類信號有“參考點限位”、“減速限位”、“Y軸和Z軸互鎖限位”等。例如在CW500、CW800、 CW1000等加工中心上都有跟Y/Z軸互鎖有關的限位信號，用于防止主軸箱已經降至低位時，立柱向前繼續運動而撞到工作臺，以及防止立柱已經靠近工作臺時，主軸箱繼續向下運動而撞到工作臺。對于這類信號，我們要研究的是它們的動態變化，而不是靜態狀況。所以，必要時可以在機床不加工產品時與操作工配合，讓軸慢慢運動，并將各限位開關的輸入信號變化一一記下，留作分析用。
　�。�5）某些信號，不論從電路圖、實物環境，還是從屏幕顯示來觀察分析，均得不出明確結論。這時往往要借助于閱讀分析PLC控制程序。
　　以上情況均可以從分析PLC程序文本中的有關程序段/塊來解決。
　　例如CW500加工中心在使用冷卻液過程中，將冷卻液先收集于回流液槽中。該槽中裝有一個液面位置傳感器，它向PLC輸入端口E21.1送出信號，以便讓PLC輸出口A2.6輸出一個信號去控制回流泵M81的啟動和停止；回流泵啟動后就將回流液槽中的冷卻液再抽回到冷卻液箱里。如圖3所示。

圖3

該加工中心剛投產不久時我們發現一個“異�！钡默F象：M81回流泵只要冷卻液在噴，不管回流液槽中的回流冷卻液是滿還是淺，它始終在轉。再查E21.1，始終為“1”；而在PLC輸入信號清單中E21.1的注釋是“回流液槽液面達最高位”。如根據這個注釋，A2.6當然應該為“1”，使中繼K2得電，從而接通M81回流泵抽冷卻液回冷卻液箱去，以免回流液槽滿溢。但事實上回流液槽中液面很低時，E21.1仍為“1”，如果E21.1的解釋是用了“負邏輯”，那么為什么同樣是�？颂毓�司制造的CW800加工中心上回流液槽滿溢的信號跟它相反?CW800上的回流泵為什么不那么“忙碌”，而CW500上的回流泵為什么轉個不停?另外，我們也擔心，萬一有什么潛在故障使E21.1恒為“1”，回流泵老是轉，回流液幾乎被抽干了還在轉，這樣會損壞回流泵。
　　為此，筆者閱讀了PLC程序，作了進一步分析后得出以下結論：
　　（1）內外冷卻液泵不工作時間超過了30s，回流泵M81就不必轉動；
　�。�2）一旦有內、外冷卻液泵之一在工作，只要冷卻液箱未滿，電機保護開關沒斷開，回流泵M81就必轉動；
　�。�3）E21.1＝“0”才表示“回流液槽滿”，即原PLC輸入信號的注釋使用了“負邏輯”。E21.1＝“1”并不說明回流泵不要工作了，它僅僅說明“回流液槽的液面沒有達到最高位”。
　　于是我們明白了M81不停工作跟B182.3液位傳感器送出的輸入信號E21.1＝“1”/“0”并沒有唯一、必然的關系。
　　為了徹底搞清E21.1常為“1”的原因，筆者最后看了該傳感器制造商的說明書才得到解決。這是一種新穎的液位傳感器，它利用PVC管子中液面上升對中空管子內空氣的壓力逐漸增大，最后薄膜鼓起的力量將一個常閉觸頭斷開，而使常開觸頭接通。動作時壓力差要求僅為10mPa。由于�？颂毓�司使用了常閉觸頭，所以液面不到最高位，壓差達不到10mPa時，PLC的E21.1始終為“1”。因此我們原先認為是“異�！钡那闆r，實際上是正常狀態。
　　從事數控機床維修工作的人如果能綜合使用以上幾種方法，對PLC輸入信號的了解就不是點、線、面式的了解，而能達到立體的，多維的深入理解的層次。