机床控制之维修模式的设计方法
湖南恒鼎机床有限公司的研究人员邓美军、李大明，在2018年第11期《电气技术》杂志上撰文，介绍机床控制软件维修模式和机床控制电路维修模式的设计方法，重点阐述机床控制维修模式在机床控制中的广泛应用和维修检测方便性设计。
对当前机床电气设计主要考虑设备的综合布线，保证必备功能，布线整齐合理，操作方便简捷，且具有互锁保护功能，而对设备维护性功能设计不足，致使机床的维修维护不甚方便。
本文以用于加工燃气轮发动机涡轮盘榫槽的典型产品LK3125数控榫槽拉床的设计为例，就机床软件和电气控制维修模式的软件及电路设计关键点进行必要阐述。
1 机床软件控制的维修模式设计
当机床正常运行时，需保证各运动机构部件不得发生任何干涉，凡因干涉撞坏工件或撞坏机床本身的运动部件的故障必须避免。在设计程序时须编写各种互锁保护条件，且能有效保护各个运动部件不发生干涉现象，专门针对机床维修检测而专业设计软件和电气控制电路的模式是本文指的维修模式。
在该维修模式下的机床运动所有互锁功能已去除，对所有运动部件同时取消了互锁保护条件，此时只有专业维修技术人员才能进行此项操作，未接受专业培训和没有授权密码的人是不允许进入机床维修模式作业的。
要进入维修模式作业需同时满足以下两个条件：解锁双钮启动和解锁密码。本文仅就该维修模式须满足的两个条件而采用的电气软件和电路设计方法作详细阐述。
1.1 维修模式条件一：解锁双钮启动
在机床操作面板上定义两个按钮作为解锁双按钮，见维修模式程序代码列表，手动方式下（NETWORK 18中DB3100.DBX0.2有效），同时按下西门子操作面板上两个解锁按钮（见图1），此两按钮对应程序列表中的I/O地址为：语句431中I118.7（对应指示灯地址为438语句中的Q116.7）和I118.1（对应指示灯地址为Q116.7），同时按下两解锁按钮后，NETWORK 18中的中间继电器M255.4接通有效（M100.0为急停按钮，长通）。
图1 解锁双钮位置图
解锁双钮启动生效，按下图1中的解锁关闭按钮，此按钮对应NETWORK18中的I/O地址为I118.4，此时M255.4断开，双钮解锁功能关闭。
427-484为维修模式程序代码列表：
427 NETWORK 18//进入维修模式条件一：同时按下西门子操作面板上解锁钮1和解锁钮2，按钮指示灯亮
428 //
429 LD DB3100.DBX0.2
430 LPS
431 LD I118.7
432 A I118.1
433 O M255.4
434 A M100.0
435 AN I118.4
436 ALD
437 = M255.4
438 = Q116.7
439 = Q116.1
440 LPP
441 AN Q116.7
442 AN Q116.1
443 = Q116.4
444
445 NETWORK 19 //进入维修模式二：西门子系统HMI用户自定义界面中的解锁密码输入：3125
446 //
447 LD DB3100.DBX0.2
448 AR= DB1400.DBD20, 3125.0
449 = M255.6
450
451 NETWORK 20 //维修模式生效：解锁双钮启动+解锁密码
452 //
453 LD DB3100.DBX0.2
454 A M255.4
455 A M255.6
456 = M255.7
457
458 NETWORK 21 //让刀上行
459 //
460 LD DB3100.DBX0.2
461 O DB3100.DBX0.1
462 A I0.7
463 AN DB3300.DBX3.0
464 A Q0.3
465 A T46
466 AN I1.0
467 LD DB3100.DBX0.0
468 O DB3100.DBX0.1
469 LD M53.1
470 O Q0.0
471 ALD
472 AN M53.2
473 A Q0.3
474 A T46
475 OLD
476 LDR<= DB9032.DBD4, DB1400.DBD76
477 OR>= DB9032.DBD4, DB1400.DBD80
478 O Q0.0
479 A M100.0
480 ALD
481 LD M255.7
482 A I0.7
483 OLD
484 = Q0.0
1.2 维修模式条件二：解锁密码
在西门子828D系统中的用户自定义界面里（见图2），解锁密码值设定为：3125.0，解锁密码值输入值对应PLC内部变量DB1400.DBD20，程序代码列表中NETWORK19表述当用户自定义界面输入值为3125.0时，即DB1400.DBD20的值为3125.0，此时NETWORK 19中间继电器M255.6接通有效。
图2 用户自定义界面
在维修模式下需同时满足两条件：双钮启动生效和密码设置正确，此时程序代码列表中NETWORK 20中M255.4和M255.6都接通有效，使M255.7接通有效，该维修模式生成且有效。
NETWORK 21中，在该维修模式下，去除了所有互锁保护条件时，一个输入条件可对应触发一个输出，方便维修人员快捷且准确排查出是输出继电器故障还是执行单元故障。如果没有设计该维修模式，检查执行机构有没有动作时，就要对照PLC程序代码列表，监控程序代码列表中互锁条件进行逐一排查，排查过程繁杂，费时费力。
2 机床电气控制的维修模式设计
在机床正常使用过程中，机床电气设计规范要求开门断电，在机床通电状态下，如果打开机床电气控制柜时，机床就能自动切断总电源。当机床在维修模式检测检查电机故障时，在打开电柜门时不得断电，需在通电状态下进行维修检测。
针对其具体要求，需设计有开门不断电可供选择的控制电路，该专用电气控制电路是为了维修检测而专业设计，故称为电气控制维修模式，又名为开门不断电模式。
电路原理如图3所示：①QF1为机床总电源空气开关的欠压脱扣线圈。当此脱扣线圈供电电压为220V时，机床总电能正常上电；当此脱扣线圈220V去除时，机床总电源空气开关会跳闸；②SQ1为电气柜门开关，当机床正常运行时，电器柜门关闭压合SQ1门开关的常开触点闭合，QF1欠压脱扣线圈两端供电电压为220V，机床供电正常；如果电器柜门打开，SQ1常开点断开，QF1欠压脱扣线圈失电，总空气开关QF1跳闸，机床断电（即开门断电）；
图3 开门断电/开门不断电控制电路
③QF3为开门不断电单极空气开关：机床正常使用模式时QF2断开，此时QF1线圈的220V供电依靠门开关SQ1压合（即电器柜门关），电器柜开门，则开门断电有效；QF2合上为机床维修模式，此时QF1欠压脱扣线圈通过QF2始终供电220V，电器柜开门不断电。
机床软件编制和电气控制电路维修模式，是在机床电气设计过程中，为满足客户需求，在做好硬件控制电路设计基础上，做好软件程序编制与其匹配，为设备维修检测经长期摸索出来的一种电气控制设计方法。此方法已应用于每台机床的电气控制设计中，并全面推广，经应用验证可靠性好，前景广阔。