Sinumerik 808D數(shù)控車床PLC連接與調(diào)試（含CAD圖紙）

Sinumerik 808D數(shù)控車床PLC連接與調(diào)試（含CAD圖紙）,Sinumerik,808D數(shù)控車床PLC連接與調(diào)試（含CAD圖紙）,數(shù)控車床,plc,連接,調(diào)試,cad,圖紙 沈陽化工大學科亞學院 本科畢業(yè)設(shè)計 題 目： SINUMERIK 808D數(shù)控車床PLC連接與調(diào)試 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 機制1204 學生姓名： 王 宇 鵬 指導教師： 王 志 成 論文提交日期： 2016 年 5 月 30 日 論文答辯日期： 2016 年 6 月 6 日  目 錄 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2數(shù)控系統(tǒng)地發(fā)展 1 1.3本設(shè)計主要任務(wù) 2 第二章SINUMERIK 808D概括 4 2.1 SINUMERIK 808D簡介 4 2.2 SINUMERIK 808D組成部分 4 第三章 數(shù)控系統(tǒng)的機構(gòu)組成 8 3.1 數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理 8 3.2數(shù)控系統(tǒng)CNC的組成 8 第四章 數(shù)控車床PLC的機構(gòu)組成和工作原理 11 4.1 數(shù)控機床PLC的形式 11 4.2 數(shù)控車床PLC的硬件組成和功能 11 4.3 PLC的工作原理 13 4.4 PLC與數(shù)控車床的信息傳遞 14 第五章808D電氣電路設(shè)計 15 5.1 電氣控制電路簡介 15 5.1.2 電氣原理圖的要求 15 5.1.3 電氣設(shè)計的原則 15 5.2 808D電路的設(shè)計 16 5.2.1電氣集成電路 16 5.2.2 控制系統(tǒng)電路 18 第六章 PLC的設(shè)計 20 6.1 PLC的編程方法 20 6.2 PLC的設(shè)計 20 6.2.1PLC設(shè)計方法 20 6.2.2PLC程序設(shè)計步驟 20 6.2.3 PLC在車床控制的分析 21 6.2.4PLC參數(shù)設(shè)定 21 6.2.5 PLC機床數(shù)據(jù) 23 6.2.6 HMI數(shù)據(jù) 24 6.2.7 NCK數(shù)據(jù) 24 6.2.8 PLC的輸入輸出地址 25 6.3 PLC控制部分設(shè)計 27 6.3.1 主軸程序設(shè)計 27 6.3.2 主軸和進給軸的控制程序 28 6.3.3 機床冷卻系統(tǒng)控制程序 30 6.3.4帶二進制編碼功能的刀架程序 31 6.3.5 輔助程序設(shè)計 33 6.4 PLC控制部分調(diào)試 34 6.4.1 PLC連接 35 6.4.2 安裝Programming Tool 35 6.4.3 PLC程序的在線調(diào)試 36 6.4.4 PLC用戶報警調(diào)試 36 第七章 常見連接的故障的分析和處理 39 7.1 硬件故障 39 7.1.1開機無法進入系統(tǒng) 39 7.1.2 電池報警 39 7.1.3 MCP觸摸板不能用 39 7.1.4 RS23傳輸故障 40 7.1.5主軸故障 40 7.1.6主軸編碼器故障 41 7.2 PLC故障 41 7.2.1 報警提示700013 41 7.2.2 報警提示 700017 41 7.2.3 報警提示 700022 42 7.2.4故障提示700025 42 7.2.5故障提示700024 42 7.2.6故障提示 700028 42 總結(jié) 43 參考文獻 44 致謝 45 摘要 數(shù)字控制技術(shù)作為機械自動化的一個重要方面，隨著科學技術(shù)的進步數(shù)控技術(shù)在國民的生產(chǎn)中占據(jù)著越來越重要的地位。PLC作為機械自動化的一個重要組成部分由于PLC的適用范圍廣、操作簡單的特點使其在機械生產(chǎn)中扮演著越來越重要的地位。數(shù)控車床是按照用戶的設(shè)定程序命令來實現(xiàn)對待加工元件的加工操作。數(shù)控車床具有很高的操作性和加工自動性。 數(shù)控技術(shù)是新興技術(shù)的代表，世界各國信息產(chǎn)業(yè)、生物產(chǎn)業(yè)和航空技術(shù)等工業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)用來提高制造技術(shù)水平和能力提高對市場的適應(yīng)能力和競爭能力，因其重要性被列為國家的戰(zhàn)略物質(zhì)，大力發(fā)展數(shù)控技術(shù)是提高國家綜合競爭力的途徑。伴隨著機械制造生產(chǎn)中單件小批量的增多和國防工業(yè)部門對零件加工要求提高，形狀復雜工序麻煩工件越來越多人們對工件的要求也在增高。為此，迫切需要一種靈活的、通用的柔性化自動化機床或者生產(chǎn)線這就是數(shù)控技術(shù)。 數(shù)控車床由于生產(chǎn)所承擔的任務(wù)，可以知道PLC控制來控制機床的主要動作，信息化的快速發(fā)展促使數(shù)控車床技術(shù)也在發(fā)生著快速的進步，傳統(tǒng)意義上的數(shù)控車床已經(jīng)不能滿足人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活需要。因此，就對我們的數(shù)控車床技術(shù)提高。PLC可編程控制器因為其強大功能和極強的抗干擾性已經(jīng)成為人們設(shè)計機床時首要的選用元件。本設(shè)計以加強PLC與數(shù)控機床之間聯(lián)系而進行。數(shù)控系統(tǒng)與PLC的連接、PLC程序設(shè)計是本設(shè)計的核心部分。 本次設(shè)計在進行設(shè)計主要面臨問題有：解決數(shù)控車床CNC系統(tǒng)和PLC的分析；PLC輸入輸出地址的分配，依據(jù)機床的控制要求合理的分配出PLC的輸入輸出地址，PLC的輸入信號一般是繼電器，輸出信號一般是小型中間繼電器和指示燈；PLC外圍電路設(shè)計可以分為按鈕開關(guān)與PLC輸入電路的連接，指示燈繼電器與輸出電路的連接；對于PLC參數(shù)設(shè)定部分主要可以分為：地址范圍和MCP信號、用戶報警和PLC機床、HMI、NCK數(shù)據(jù)；PLC控制框圖設(shè)計可以分為：主程序的設(shè)計、數(shù)據(jù)交換程序、初始化程序、冷卻和潤滑程序。 根據(jù)上面敘述本畢業(yè)設(shè)計主要強調(diào)SINUMERIK 808D數(shù)控車床PLC的連接與調(diào)試主要分為以下幾個部分： ⑴數(shù)控車床CNC系統(tǒng)和PLC的功能分析。 ⑵PLC的輸入輸出地址的分配，外圍電路的設(shè)計。 ⑶PLC參數(shù)設(shè)定。 ⑷PLC控制框圖的設(shè)計。 ⑸PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試。 ⑹常見連接故障的分析與處理。 通過本次設(shè)計應(yīng)該達到要求：了解數(shù)控車床與數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程，了解數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展的階段；熟悉數(shù)控車床的各部分元件主要包括機械部分、電氣控制部分、PLC控制部分；提高CAD軟件使用能力；熟悉PLC的控制編程和PLC的模擬仿真，做到可以獨立完成PLC程序的編寫以及常用的PLC軟件的軟件仿真應(yīng)用，了解常見的數(shù)控車床連接時存在問題和問題處理方法。 關(guān)鍵詞：SINUMERIK 808D; PLC; 連接; 調(diào)試 Abstract Numerical control technology as an important aspect of mechanical, with the progress of science and technology of numerical control technology in the national production occupies a more and more important position.PLC as an important component of mechanical automation because of PLC applicable scope, the characteristics of simple operation make it plays a more and more important position in mechanical production. CNC lathe is set by the user's program command to implement the machining operation of components.Numerical control lathe has the very high operational and automaticity. Numerical control technology is a representative of the emerging technologies, the world information industry, biology industry and aviation technology industries widely used numerical control technology is used to improve the level of manufacturing technology and the ability to improve the adaptability and competition ability of the market, because of its importance is listed as a national strategic material, vigorously develops the numerical control technology is to improve the national comprehensive .With increasing in the production of machinery manufacturing sheet small batch and defense industry sector to improve the parts processing requirements, complicated shape process trouble artifacts more and more people to the requirements of the artifacts are also increased Therefore, urgent need a flexible, universal flexible automation machine or production line that is numerical control technology. On the task of CNC lathe as production, PLC to control the machine tool can know the main action, the development of information technology make NC lathe technology is also in happening fast progress, in the traditional sense of the CNC lathe has can't meet the needs of the People's Daily life.Therefore, to improve our CNC lathe technology.PLC programmable controller because of its powerful function and strong anti-jamming has become people to design the machine tools, the selection of primary components.This design is to strengthen the communication between PLC and CNC machine tool.Numerical control system connected to the PLC and PLC program design is the core part of this design. The design in the design of the main problems are: solve the numerical control lathe CNC system and the PLC analysis;PLC I/o address allocation, on the basis of the machine tool control and reasonable allocation of the PLC I/o address, PLC input signal is usually relay, the output signal is generally small intermediate relay and light;PLC peripheral circuit design can be divided into button switch input circuit connection with PLC, indicator light relay connected to the output circuit;Parameter setting for PLC part mainly can be divided into: address range and the MCP signal, user alarm machine and PLC, HMI, NCK data;PLC control block diagram design can be divided into: the design of the main program, data exchange program, the initialization program, cooling and lubrication. This graduation design focuses on the emphasis on SINUMERIK 808 D numerical control lathe PLC connection and debugging Mainly divided into the following several parts: (1) CNC system and the analysis of the function of PLC. (2)PLC I/O address allocation, peripheral circuit design. (3) The PLC parameter setting. (4) The design of the PLC control block diagram. (5)Design the PLC control system. (6)A common connection failure analysis and processing Through the design should meet the requirements: understand the development process of CNC lathe and CNC system, understand the development stages of the numerical control system;Familiar with CNC lathe parts components including mechanical parts, electrical control and PLC control part;Improve the ability of using CAD software;Familiar with PLC control of PLC programming and simulation, can be independently write PLC program and the commonly used application software of PLC software simulation, understand common issues and problems in the numerical control lathe connection method. Key words: SINUMERIK 808D; PLC; connection; debugging 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 緒論 第一章 緒論 1.1 前言 數(shù)控技術(shù)作為上世紀發(fā)展起來的機床控制技術(shù)，隨著科學技術(shù)的不斷進步，數(shù)控技術(shù)這個新興的技術(shù)在機械制造方面的應(yīng)用越來越廣泛，數(shù)控技術(shù)的使用推動了機械制造業(yè)的不斷進步。近年來伴隨著我國科技的發(fā)展人民生活水平提高，人民對于產(chǎn)品的精度要求也有了進一步的要求，也就要求我們的我們技術(shù)生產(chǎn)水平能跟上人們要求。而數(shù)控技術(shù)在加工方面優(yōu)越性無疑可以滿足人們的需求。數(shù)控技術(shù)是通過對數(shù)字信號的分析處理來指導計算機來完成對機械加工過程的可控操作。 1.2數(shù)控系統(tǒng)地發(fā)展 第一臺現(xiàn)代意義上的數(shù)控系統(tǒng)是在1952年麻省理工學院為美國軍方研制的，數(shù)控系統(tǒng)自其誕生之后就呈現(xiàn)出強大的生命力。伴隨著信息產(chǎn)業(yè)革命推動的計算機技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，以計算機為基礎(chǔ)的數(shù)控系統(tǒng)也經(jīng)歷了幾個發(fā)展階段：電子管式、立式晶體管式 、小規(guī)模集成式、大規(guī)模集成式、微型計算機式、微機式的數(shù)控系統(tǒng)。近年來數(shù)控系統(tǒng)向著人工智能化的方向發(fā)展小巧方便功能趨于完善是未來數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。 計算機技術(shù)的飛速進步推動數(shù)控機床技術(shù)的向前發(fā)展通用性、柔性、并向智能化網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展方向。 現(xiàn)在，越來越多的數(shù)控系統(tǒng)被研發(fā)使用，但是，歸根起來也就四種類型的數(shù)控系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域使用最為廣泛： （1）傳統(tǒng)型的數(shù)控系統(tǒng)，作為一種傳統(tǒng)式的數(shù)控系統(tǒng)由于價格低廉使得其在數(shù)控系統(tǒng)領(lǐng)域還占有一些市場。 （2）“PC”嵌入式，這類數(shù)控系統(tǒng)的核心還是以傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)為中心的NC數(shù)控系統(tǒng)功能強大。 （3）NC嵌入PC式，這類數(shù)控系統(tǒng)對運動具有很強的控制性，其本身作為一個可以操作的數(shù)控系統(tǒng)足以滿足用戶需要。 （4）新型數(shù)控系統(tǒng)，開放式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)靈活多選的實用性，以window為平臺結(jié)合CNC內(nèi)核而孕育而生的新型數(shù)控系統(tǒng)是當代數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展必然趨勢。 新型數(shù)控的發(fā)展理念使得各數(shù)控系統(tǒng)制造商花大力氣研究。在眾多的公司中西門子因為其先進的生產(chǎn)理念獲得了人們的一致好評。西門子數(shù)控系統(tǒng)是西門子子集團旗下自動化與驅(qū)動集團的產(chǎn)品，西門子數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK發(fā)展了很多代。目前在市場上應(yīng)用廣泛的有802、808、810等幾個類型。 繼1973-1981年西門子提出了微型計算機與微機處理相結(jié)合新型的設(shè)計理念，并以此理念為藍本設(shè)計出了SINUMERIK 550系統(tǒng)，值得一提的是，PLC被集成到了控制其中也許是這個系統(tǒng)中的最大亮點。1984-1994年西門子推出了SINUMERIK 840C系統(tǒng)，這個系統(tǒng)中西門子一改往日作風開放NC數(shù)控自定義功能，公布了PC和HMI開放式軟件包。 2012年6月12日，西門子在中國國際機床工具展覽會上正式向全球發(fā)出SIUNMERIK 808D首次完全由中國發(fā)起，面向全世界，SINUERIK 808D成為西門子工業(yè)向新興進軍的新武器。 在國外數(shù)控系統(tǒng)如火如荼的發(fā)展時，我國國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)也取得了一些進步先后建立了廣數(shù)等一些數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠。五軸聯(lián)動的數(shù)控加工技術(shù)使我國步入先進數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)國家。 1.3本設(shè)計主要任務(wù)? ⑴根據(jù)SINUMERRIK 808D的車削的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，掌握整個數(shù)控系統(tǒng)的組成和控制對象的電氣組成。 ⑵運用繪圖軟件完成對SINUMERIK 808D電氣原理圖的繪制。 ⑶設(shè)置SINUMERIK 808D的PLC程序。 ⑷安裝PLC工具實現(xiàn)對PLC的調(diào)試測試。 ⑸PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試。 ⑹常見連接故障的分析與處理。 47 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章SINUMERIK 808D 概括 第二章SINUMERIK 808D概括 SINUMERIK 808D 是西門子公司2012年推出的一款面向全世界的數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)價格低廉、性能穩(wěn)定一經(jīng)上市就受到大家的一致認可。以SINUMERIK 808D系統(tǒng)為核心的數(shù)控車床和數(shù)控銑床不僅廣泛的應(yīng)用在企業(yè)的生產(chǎn)中而且在高校的教學中也有很強的應(yīng)用性。 2.1 SINUMERIK 808D簡介 SINUMERIK 808D系統(tǒng)是針對銑床和車床的數(shù)控產(chǎn)品。對車床來說，該產(chǎn)品可以控制機床的三個軸，包括通過兩個脈沖驅(qū)動接口SINAMICS V60連接的兩個進給軸和一個通過模擬量主軸接口連接的主軸。相對于車床來說對于銑床，該產(chǎn)品可以控制四個軸，其中包括三個通過脈沖與SINAMICS V60 連接的三個進給軸和一個由通過模擬量實現(xiàn)連接的主軸。 人性化的設(shè)計理念SINUMERIK 808D的一個亮點，集成與SIMATIC S7-200的PLC最大可以實現(xiàn)72點的輸入和48點的輸出，體積小功能強大使得這款數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用廣泛。 2.2 SINUMERIK 808D組成部分 (1）SINUMERIK 808D PPU SINMERIK 808D車削是基于操作面板的控制系統(tǒng)，因此808D的PPU是以7.5英寸的彩色LED為顯示屏，PPU板如下圖2-1，配置了機械按鍵的808D在使得輸入的更加舒適化之外還使操作控制更加的簡單快捷。前置的USB接口和圖形化的SINUMERIK 數(shù)控系統(tǒng)編程，使得程序的編寫、修改變得簡單可視化。 圖2-1 SINUMERIK 808D PPU (2）SINUMERIK 808D 機床控制面板 采用了機械按鍵式的SINUMERIK 808D的機床控制面板功能分區(qū)清晰、操作簡單方便，控制面板如下圖2-2，使得其在車床和銑床上都可使用。 在面板上39個按鍵中有30配置了LED使得操作顯得更加人性化，其中的方向鍵，用于控制機床的移動。除此之外帶有15個檔位的主軸倍率開關(guān)使得主軸的控制更加簡單易行；另外進給運動也有18個檔位控制。 為了避免操作中的意外發(fā)生控制面板上還添加了用于急停的控制按鈕，使得機床在加工過程中安全性得到很大提升。 圖2-2 SINUMERIK 808D機床控制面板 (3）伺服驅(qū)動器 SINUMERIK 808D的伺服驅(qū)動器SINAMICS V60，如圖2-3所示，緊湊型單軸驅(qū)動模塊，使其把整流單元、逆變單元和控制單元集于一體，集成電機抱匣端子使其擁有200%過載能力，此外還設(shè)有報警繼電器。 圖2-3 SINUMERIK 808D 伺服驅(qū)動器 ⑷刀架控制器 刀架控制器是經(jīng)濟型的四方位簡易刀架。其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便易于操作。四個刀位都可以加持刀具，每個刀位的夾角是九十度，刀架的轉(zhuǎn)動由程序指令控制。當?shù)都芙邮盏絹碜韵到y(tǒng)的刀具信號后發(fā)生動作完成換刀。 (5）接線孔 X1電源接線孔用于連接24V負載電源；X2 RS232接線孔連接D型插座；X3到X5系統(tǒng)接孔，用于連接增量編碼器。 (6）其他構(gòu)件 除了上述構(gòu)件外SINUMERIK 808D 還包括主軸電機、主軸編碼器、1FL5進給伺服電機、直流+24V電源一塊，另外還包括選用件手輪，如圖2-4給出了SINUMERIK 808D結(jié)構(gòu)圖： 圖 2-4 SINUMERIK 808D結(jié)構(gòu)圖 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 數(shù)控系統(tǒng)的機構(gòu)組成 第三章 數(shù)控系統(tǒng)的機構(gòu)組成 3.1 數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理 數(shù)控系統(tǒng)作為一種程序控制系統(tǒng)可以邏輯完成外界輸入的程序編碼指令，通過對指令的分析處理可以指導車床根據(jù)程序加工完成圖紙要求的零件。這種依靠程序控制完成機床運動的控制系統(tǒng)我們稱之為數(shù)控系統(tǒng)簡稱NC，而以計算機為中心的控制系統(tǒng)就稱作CNC。 3.2數(shù)控系統(tǒng)CNC的組成 (1）操作面板 操控面板是數(shù)控車床的特有元件為機床操作人員與數(shù)控裝置進行信息交流的平臺，其上的顯示器和按鍵方便了操作人員的操作，狀態(tài)欄指示燈顯示車床的當前工作狀態(tài)。使得加工操作進程一目了然。 操作面板可以分為三個區(qū)域：左上部分為輸出顯示區(qū)，右邊是MDI操作區(qū)，下半部分是控制操作區(qū)。 程序操作區(qū)可以完成程序模塊的選擇以及加工程序的輸入編輯?？刂撇僮鲄^(qū)可以實現(xiàn)機床的各種運動控制，加工過程的控制也有此部分完成。 (2）控制介質(zhì)與輸入輸出設(shè)備 控制介質(zhì)作為一種媒介它可以記錄零件加工程序。CNC系統(tǒng)與外部設(shè)備進行信息交互要通過輸入輸出設(shè)備完成。輸入輸出設(shè)備可以將控制介質(zhì)上的加工程序輸入CNC系統(tǒng)，另外輸入輸出設(shè)備也可以將車床的加工程序輸出保存。 數(shù)控系統(tǒng)中除了輸入輸出設(shè)備可以進行信息的交互還擁有通訊方式可以滿足信息的交換。這些技術(shù)可以實現(xiàn)CAD/CAM的集成、CIMS、FMS的基本技術(shù)，通常我們使用的方式有：自動控制專用接口、串行通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。 (3）CNC裝置 CNC是整個數(shù)控系統(tǒng)的核心所在，CNC裝置由計算機系統(tǒng)、PLC接口板、置控制板、通訊接口板、特殊功能模塊以及相應(yīng)的控制軟組成。CNC對輸入的要加工的零件程序完成邏輯分析處理，插補計算等然后控制機床的各個執(zhí)行部件進行有條不紊的運動，這些工作是由CNC裝置內(nèi)硬件和軟件的配合來完成的。 CNC通過編譯和破解加工程序來完成對機床的控制操作。CNC裝置一般可以完成以下基本功能：S代碼（主軸的轉(zhuǎn)速功能）、T代碼（刀具功能）、XYZAB代碼(坐標控制功能)、G代碼（準備功能）自我診斷功能等。另外還有一些選用功能，其中包括刀具半徑補償功能、固定循環(huán)功能、人機對話功能圖形顯示等功能。由于機床的類型不同在CNC系統(tǒng)上存在一些不同。 (4）伺服驅(qū)動裝置 伺服驅(qū)動裝置也叫做伺服系統(tǒng)，作為機床本體和CNC裝置的連接環(huán)節(jié)，來自CNC的指令信號經(jīng)過該裝置的調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換、放大后控制機床的伺服電機，經(jīng)過執(zhí)行部件來控制機床的操作，完成工作臺的定位并驅(qū)使刀具和工件按照程序設(shè)定軌跡運動，進而加工出符合圖紙要求的工件。 伺服驅(qū)動裝置的前饋控制、數(shù)控功能、靜態(tài)補償、控制模型等都是由微型處理器控制軟件的運作控制的，這些技術(shù)的使用使得伺服驅(qū)動裝置的性能更加優(yōu)越。伺服驅(qū)動裝置按照CNC裝置給出的信號正確的驅(qū)動機床的終端處理部件的工作。 數(shù)控機床的伺服裝置包括伺服單元、驅(qū)動裝置。驅(qū)動裝置分為主軸驅(qū)動和進給驅(qū)動，主軸驅(qū)動由主軸電機提供，進給驅(qū)動則有進給電機提供。 (5）測量裝置 測量裝置用于閉環(huán)或半閉環(huán)的系統(tǒng)來完成位置和速度的測量，實現(xiàn)進給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制，它的存在保證靈敏、準確地跟蹤CNC指令，并于CNC裝置的信號進行對比分析若兩信號間存在差值則驅(qū)動控制機床部件的移動來減小消除偏差。 霍爾元件檢測元件、光柵、旋轉(zhuǎn)變壓器、是目前常用的檢測裝置。 (6）可編程控制器 在數(shù)控系統(tǒng)中不僅有進行輪廓軌跡控制、點位的控制。還有對控制主軸的啟動和停止、刀具的更換使用、切削液的開\關(guān)、工作臺的夾緊與松開的開關(guān)，而這些開關(guān)的控制需要可編程控制器的使用。如下圖3-1給出數(shù)控系統(tǒng)組成圖。 圖3-1 數(shù)控系統(tǒng)組成 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 數(shù)控車床PLC的機構(gòu)組成和工作原理 第四章 數(shù)控車床PLC的機構(gòu)組成和工作原理 數(shù)控車床采用自動控制技術(shù)，其工作是在自動控制下自發(fā)進行的，機床的控制部分主要可以分為兩種類型：一種是實現(xiàn)對機床坐標軸的控制即機床坐標軸的移動等動作。第二種就是機床需要通過PLC來完成的操作。作為機床重要的控制部分PLC主要完成主軸起停轉(zhuǎn)向，冷卻，液壓潤滑，刀具等部分的操作。 4.1 數(shù)控機床PLC的形式 PLC在機床應(yīng)用主要可以分成兩個類型：實現(xiàn)機床順序控制的內(nèi)裝型，另一種PLC獨立于CNC裝置存在可以獨立完成控制任務(wù)的獨立型。 獨立型PLC也叫作通用型PLC，作為一個獨立的PLC一般使用中大型的PLC，采用模塊式結(jié)構(gòu)安裝方便可以用于大規(guī)模的集中控制。 內(nèi)裝型PLC是從屬于CNC裝置存在的，簡單來說就是CNC裝置具有PLC的功能。因為PLC從屬于CNC所以在制造時就作為一個整體完成因此其機構(gòu)就顯得緊湊但PLC的針對性強，內(nèi)裝型的PLC使的CNC裝置擁有一些PLC的功能，使CNC和PLC兩個裝置可以優(yōu)勢互補。 4.2 數(shù)控車床PLC的硬件組成和功能 與一般計算機一樣可編程控制器也需要軟件部分和硬件部分，不過與普通的計算機所不同的是PLC的輸入輸出端口是為了方便和工業(yè)控制接口相匹配而專門設(shè)計使用的。CPU、存儲器、電源和接口是PLC組成中不可或缺的重要部分。 (1）中央處理單元（CPU） 中央處理單元（CPU）有控制器、運算器和寄存器這些元件都集成一個芯片上，而CPU所做的工作就是將指令從存儲器中讀取、執(zhí)行、順序取、處理等。根據(jù)采用的CPU的不同可編程控制器可以分為三大類：微處理器、單片機芯片、位處理器。 (2）存儲器 存儲器作為可編程控制器的數(shù)據(jù)存儲元件，其主要是存儲系統(tǒng)程序、用戶自定義程序和各種運算數(shù)據(jù)。根據(jù)存儲類型的不同存儲器可分為只讀存儲器（ROM）和可寫存儲器（RAM），ROM是由廠家所完成的用戶只能讀取數(shù)據(jù)，RAM使用戶可以自己定義更改數(shù)據(jù)。 (3）I/O接口 作為外部設(shè)備和PLC進行信息交流的橋梁。輸入端口可以檢測接收外部設(shè)備的信號，輸出端口可以將主機處理的結(jié)果傳送給外部設(shè)備，實現(xiàn)各個部分的操作。運用光電耦合電路可以減少電磁信號的干擾。 (4）電源 PLC的電源為CPU、存儲器、I/O接口等提供工作所需的穩(wěn)壓電源，電源有三路輸出。 (5）編程器 編程器是PLC的重要外接部分可以開發(fā)、調(diào)試、運行程序，也可以用來監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。 (6)通訊接口 通訊接口是PLC的最基本的配置元件一般采用標準串行口，特殊的就采用以太網(wǎng)接口。如圖4-1給出PLC硬件結(jié)構(gòu)框圖： 圖4-1 PLC硬件結(jié)構(gòu)框圖 4.3 PLC的工作原理 PLC在通電后經(jīng)過對軟件和硬件初始化后，PLC接收各信號后，開始處理信號。PLC采用循環(huán)掃描的方式完成任務(wù)處理，PLC的工作方式包括：內(nèi)部處理、通訊操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理五個工作周期，PLC的工作過程是一個周而復始的過程，一個周期接著一個進行。 （1）內(nèi)部處理 每次PLC執(zhí)行用戶程序前都會進行自我診斷程序，自我診斷的部分包括I/O接口、存儲器、CPU等，當檢測正常時繼續(xù)掃描異常情況時就停止掃描。 （2）通訊操作 PLC將接收到的信息請求做出相應(yīng)處理，并且把處理的結(jié)果發(fā)送給編程器，編程器在接到結(jié)果后進行顯示，當PLC檢測到來自計算機的通訊信號時也要在通訊操作的階段內(nèi)完成數(shù)據(jù)的接收和輸出操作。 （3）輸入處理 在此階段PLC將順序讀取輸入端的通訊狀態(tài)并將信息存儲在映象寄存器里，完成輸入寄存器的刷新工作將進入程序的執(zhí)行階段。在程序處理階段輸入映象寄存器不回因為輸入信號的改變而改變，輸入映象寄存器只有當下一個周期的信號到來才會被更改。 （4）程序執(zhí)行 這個階段根據(jù)梯形圖進行先左后右，先上后下逐句掃描的循環(huán)掃描的原則執(zhí)行程序。當執(zhí)行到跳轉(zhuǎn)命令時就進行跳轉(zhuǎn)，這個階段PLC讀取信號根據(jù)用戶編寫的程序進行邏輯運算。 （5）輸出處理 程序執(zhí)行處理后將會被輸出到鎖存器中，再經(jīng)過處理向外界輸出發(fā)送控制信號，促使外部負載運動。 在PLC的運行狀態(tài)只可以對程序進行執(zhí)行操作，在停止狀態(tài)用戶可以對程序進行編制和修改。如圖4-2給出PLC過程示意圖： 圖4-2 PLC過程示意 4.4 PLC與數(shù)控車床的信息傳遞 PLC與數(shù)控車床的連接傳輸類似于電路的連接方式，信息交換對于車床的正常運作意義重大，PLC與機床信息交流有四個部分： （1）機床側(cè)傳遞給PLC 機床側(cè)傳遞給PLC的信息主要有面板上的控制信息，可以分為機床的啟動和停止、選擇工作類型、倍率的選擇切削液的開和關(guān)進給系統(tǒng)運行準備信號等開關(guān)量信號。這些信號占用的地址可以由機床設(shè)計生產(chǎn)廠家設(shè)計確定。 （2）PLC至機床 PLC到機床的信號是用來控制機床的執(zhí)行元件的，主要有接觸器、電磁閥、等確保機床運動部件狀，這部分信號使用的地址由機床的設(shè)計者給出。 （3）CNC到機床的信息 主要包括M、S、T、F等功能代碼。CNC可以直接將信息送至PLC這些開關(guān)量和物理地址由CNC的廠家提供。 T代碼 進行自動刀具交換 F代碼 完成坐標軸的進給倍率輸出 （4）PLC到CNC 送至CNC的信息是開關(guān)信號或寄存器完成的，控制器的工作是由梯形圖的程序來決定的，數(shù)控裝置根據(jù)輸入的信號的性質(zhì)來完成機床操作控制。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章 808D電氣電路設(shè)計 第五章808D電氣電路設(shè)計 5.1 電氣控制電路簡介 電氣控制電路圖主要有電氣原理圖，元件布置圖，電氣裝配圖和接線圖等組成。在設(shè)計電器電路圖時應(yīng)該注意電器元件的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)指標的要求。 5.1.2 電氣原理圖的要求 （1）電氣原理圖一般可以分為主電路圖和輔助電路圖：主電路部分主要是指從電源出發(fā)到電動機這兩端的電路圖。輔助電路主要包括控制電路、照明電路、信號電路等。 （2）為了使電氣原理圖方便閱讀查看，電路圖中的電器元件布制盡可能的合理化均衡化圖看來簡單大方。電器元件按照水平放置原則，布局順序最好為先上后下，先左后右，類似目錄要整齊。 （3）圖中直線有相交的地方要用黑色實心點表示出。 5.1.3 電氣設(shè)計的原則 產(chǎn)品的不同導致電氣控制方案也不同，但是設(shè)計的原則和方法大同小異首先要有正確的設(shè)計思想，電氣控制有以下幾點： （1）最大限度地滿足控制要求 所有的設(shè)計的目的都是以滿足設(shè)計要求為目的充分發(fā)揮控制系統(tǒng)功能是設(shè)計的重要準則。 （2）保證系統(tǒng)可靠安全 設(shè)計控制的另一個重要準則保證電氣系統(tǒng)正常、可靠、穩(wěn)定的工作。 （3）設(shè)計合理的方案 在滿足設(shè)計前提的條件下設(shè)計方案盡量簡單不，要注意降的設(shè)計成本。 如下圖5-1給出的機床電氣設(shè)計步驟： 圖5-1 機床電氣設(shè)計步驟 5.2 808D電路的設(shè)計 5.2.1電氣集成電路 作為機床的總電路控制部分的總圖包含了機床主要的電器電路走向使用集成技術(shù)使機床的控制部分整體的顯示出來，如圖5-2在圖中D10表示的是交流電的電源電路，COM1口顯示為通向PPU的電路圖，COM2口為機床Z軸的接口，P2為機床的腳踏開關(guān)，COM3是機床的系統(tǒng)輸入輸出線路。圖中J1-1線路是三項交流電，用來控制電機的工作。電纜W101將來自導軌潤滑泵的控制開關(guān)的信號、當X軸回參考點時的超程信號、Z軸回參考點時檢測信號和潤滑油口的檢測信號輸送出去。P5提供的是220V的電壓。 圖5-2 集成電路圖 相比上圖5-3中主要顯示的部分是機床的液壓部分和機床的冷卻部分圖中的P19部分是機床的液壓信號部分，液壓部分是機床重要的組成部分。P1部分是刀架信號接口主要用來控制刀架，M3是刀架的電機用來為刀架提供動力，M2冷卻電機接口，冷卻電機主要提供機床冷卻時所需要的動力，機床工作時產(chǎn)生的熱量大部分需要冷卻系統(tǒng)的降溫因而冷卻部分的電路設(shè)計就特別重要。M1是機床的液壓電機的接線口機床的液壓系統(tǒng)為保證機床的正常工作提供所需的動力。液壓電路設(shè)計的是否合理將直接影響到機床的主軸能否正常工作和運行。 圖5-3 電氣集成電路2 5.2.2 控制系統(tǒng)電路 數(shù)控機床控制電路圖如圖5-4主要的作用是控制機床的通電和斷電，主電路的控制需要經(jīng)過接觸電器和電磁繼電閥來控制。 其中X53用來控制Z軸移動，Z軸的移動需要經(jīng)過PLC控制來完成，觸電的X53的存在保證了Z軸可以正常的工作。X51是用來控制X軸的移動操作的，其中繼電器X51接收來自PLC的控制信號完成X的正常工作。X200是數(shù)字量的輸入，控制卡盤燈、循環(huán)啟動燈的打開。X100都為數(shù)字量的輸出用來控制急停SB1用來控制卡盤動作，SB3是控制進給保持的開關(guān)。 圖5-4 控制系統(tǒng)圖 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第六章 PLC的設(shè)計 第六章 PLC的設(shè)計 6.1 PLC的編程方法 PLC的編寫語言不同于一般的計算機語言，它既不同于高級語言也和一般的計算機語言有區(qū)別，常用的編寫語言有下面幾種： （1）語句表（STL） STL文本類型和匯編語言相似，格式為: 指令助記符 （操作數(shù)），（操作數(shù)） （2）梯形圖（LAD） 梯形圖由于設(shè)計機構(gòu)簡單因此成為PLC編程中使用最多的編寫語言，梯形圖在形式上采用電路圖形式，使得程序一目了然，在數(shù)字邏輯量的控制方面有很好的使用。梯形圖在機構(gòu)組成上有觸點、線圈和具有表示功能的線框構(gòu)成。其中觸點表示輸入條件，線圈是邏輯輸出的結(jié)果，功能塊表示附加功能如定時器和計數(shù)器。 （3）功能圖（FBD） 功能圖類似于數(shù)字邏輯門電路的形式，這種方法與門電路一樣用方框來表示邏輯關(guān)系，用戶在方框的左側(cè)邏輯輸入在右側(cè)就可以出現(xiàn)邏輯輸出。 6.2 PLC的設(shè)計 6.2.1PLC設(shè)計方法 （1）按照生產(chǎn)的要求對控制來分析要完成的動作操作、選擇操作方式分為手/自動、活動周期等。 (2)按照控制要求來確定用戶的輸入輸出設(shè)備。 （3）PLC程序設(shè)計。 6.2.2PLC程序設(shè)計步驟 （1）明確設(shè)計要求，分析設(shè)計過程。 （2）根據(jù)分析設(shè)計梯形圖，這步要求有一定的實踐基礎(chǔ)。 （3）檢驗梯形圖設(shè)計是否達到設(shè)計要求。 （4）將寫好的梯形圖存檔保存。 6.2.3 PLC在車床控制的分析 （1）PLC的T功能代指令 數(shù)控車床中車床刀具的轉(zhuǎn)換和使用是需要PLC的T代碼來實現(xiàn)的，PLC接收來自數(shù)控系統(tǒng)的換刀指令，在刀庫中找到對應(yīng)的刀具完成換到操作。 （2）PLC的M功能指令 當我們需要主軸停止時我們可以使用M05，主軸的正向旋轉(zhuǎn)需要借助M03指令來實現(xiàn)，當我們輸入M02時程序開始執(zhí)行。 另外對于冷卻液的開和關(guān)和換刀的準備指令也需要M指令來實現(xiàn)，M指令不能自發(fā)完成，每次必須接受來自系統(tǒng)的操作完成信號。 （3）PLC的S功能指令 S是速度的英文的首寫字母，因此S是來代表主軸速度的指令。機床主軸速度指令可以使用兩種不同表示方法代碼法和直接法。當我們看到S500我們就知道此時主軸的轉(zhuǎn)速是500r/min。 6.2.4PLC參數(shù)設(shè)定 我們在設(shè)置連接部分后需要對PLC的程序進行調(diào)試，經(jīng)過對PLC的修改調(diào)試可以完成控制要求。 PLC相關(guān)參數(shù)如下表6-1： （1）MD14512PLC機床設(shè)置 表6-1 MD14512PLC機床設(shè)置 PLC機床設(shè)置 MD14512[0]=FFH MD14512[1]=8FH MD14512[2]=B3H MD14512[3]=OFH MD14512[4]=37H MD14512[5]=10H MD14512[6]=00H MD14512[7]=00H MD14512[11]=89H MD14512[12]=01H MD14512[16]=0CH MD14512[17]=00H MD14512[18]= 00H MD14512 （2）MD14510 PLC機床設(shè)置見表6-2 表6-2 MD14512 PLC機床設(shè)置 PLC機床設(shè)置 MD14510[12]=15 MD14510[13]=15 MD14510[16]=0 MD14510[17]=O MD14510[20]=4 MD14510[21]=10O MD14510[22]=15 MD14510[26]=23 MD14510[27]=29 MD14510[30]=27 MD14510[31]=25 （3）機床軸參數(shù)設(shè)置見表6-3 表6-3 坐標軸參數(shù)設(shè)置 坐標軸參數(shù)設(shè)置 30130[X、Z]=2 30130[X、Z]=3 30130[X、Z]=4 31020[X、Z]=1000 30130[X、Z]=1000 31600[X]=32 31030[Z]=6 31050[X]=20 31050[Z]=20 31600[X]=32 31060[Z]=24 32000[X]=1200 32000[Z]=2400 32010[X]=1200 32010[Z]=2400 32020[X]=1000 32020[Z]=1500 32260[X、Z]=480 36200[X]=1350 36200[Z]=2700 31350[X、Z]=8000 表6-4 進給軸動態(tài)特性設(shè)置 進給軸動態(tài)特性設(shè)置 35220[X、Z]=1 35230[X、Z]=O 32300[X]=0.7 32300[Z]=1.4 表6-5 回參考點設(shè)置 回參考點設(shè)置 34000[X、Z]=1 34010[X、Z]=O 34020[Z]=1000 34020[Z]=2000 34040[X]=150 34040[Z]=300 34050[X、Z]=0 34060[X]=10 34060[Z]=20 34070[X]=50 34070[Z]=100 34080[X、Z]=2 34100[X]=150 34100[Z]=900 表6-6 軟限位和反向設(shè)置 軟限位和反向設(shè)置 36100[X]=-30 36100[Z]=0 36110[X]=200 3611O[Z]=1200 32450[X、Z]=0 表6-7 主軸設(shè)置 主軸設(shè)置 30130[SP]=1 30200[SP]=1 32260[SP]=1700 30240[SP]=2 31020[SP]=1000 35010[SP]=0 36200[SP]=2000 36300[X]=30000 表6-8 絲杠螺距誤差設(shè)置 絲杠螺距誤差設(shè)置 32700[X、Z]=0 表6-9 螺旋監(jiān)控設(shè)置 螺距監(jiān)控設(shè)置 31100[X]=1600 31100[Z]=1200 31110[X、Z]=10 表6-10 機床顯示設(shè)置 機床顯示設(shè)置 206=3 207=3 208=3 210=3 216=3 217=3 6.2.5 PLC機床數(shù)據(jù) 表6-11 用戶數(shù)據(jù)寫入 編號 單位 說明 14510[12] - 運行鍵布局 14510[13] 0.1s 主軸制動時間 14510[20] - 刀具位的最大數(shù) 14510[21] 0.1s 刀架鎖緊時間 14510[22] 0.1s 查找刀具的監(jiān)控時間 14510[24] 1min 潤滑間隔時間 14510[15] 0.01s 潤滑持續(xù)時間 表6-12 用戶數(shù)據(jù) 編號 說明 14512[17] 位0:刀架（車削）；刀具庫（銑削） 位1:鎖緊功能（車削） 位2:尾座功能（車削） 位3:選擇手輪或手持單元（0：手輪；1：手持單元） 14512[18] 機床的特殊配置 位2:首次上電后的自動潤滑（出廠設(shè)置） 位4:外部主軸停止的信號 位5:主軸定位方向 位6:硬限位與 PLC 程序無關(guān) 位7:每一進給軸均具有一個硬限位開關(guān)（位 6 = 0 時被激活） 14512[19] 位1:主軸制動功能 位2:通過上電刪除密碼（0：刪除密碼；1：保留密碼） 位7:手動加工功能（該功能在您已安裝了授權(quán)機床系統(tǒng)并通過 PLC 子程序調(diào)用其之后有效） 6.2.7 HMI數(shù)據(jù) 表6-13 來自HMI的信號 編號 說明 DB1800 DBX0.0 “自動”運行方式 送至 PLC 的信號 （HMI → PLC） 邊沿觸發(fā)：有 信號狀態(tài) 1或邊沿切換0→ 1 信號狀態(tài) 0 信號不可用于 … DB1800 DBX0.7 信號狀態(tài) 1 或邊沿切換0→ 1 信號狀態(tài) 0 或邊沿切換1 → 0 信號刷新：周期性 從HMI上選擇自動運行方式。 僅一個 PLC 循環(huán)能用信號狀態(tài) 1。 HMI 未選擇自動運行方式。 信號“禁止運行方式改變” 復位 在通道期前執(zhí)行一次復位操作，這時，所有的當前程序均為“中斷”狀 態(tài)。所有運行的進給軸和主軸將沿著它們的加速特性曲線，在不損壞輪廓 的情況下停動。 基本設(shè)定值將恢復（如 G 功能）。除了上電報警，其它的報警將被清除。 通道狀態(tài)和程序運行不受該信號影響。 6.2.8 NCK數(shù)據(jù) 表6-14 發(fā)到NCK的信號 編號 說明 DB2600 DBX0.1 信號狀態(tài) 1 或邊沿切換 0 → 1 信號狀態(tài) 0或邊沿切換 1 → 0 急停 發(fā)到 NC 的信號 （PLC → NCK） NC 切換到急停狀態(tài)，NC 中的急停時序啟動 NC 不在急停狀態(tài)急停狀態(tài)（仍然）有效，但是可以使用接口信號“急停響應(yīng) ” 以及接口信號“復位”將其復位 表6-15 來自NCK的信號 DB2700 DBX0.1 信號狀態(tài) 1或邊沿切換0 → 1 DB2700 DBX2.7 信號狀態(tài) 1或邊沿切換0 → 1 信號狀態(tài) 0或邊沿切換1 → 急停有效來自NC的信號（NCK → PLC） NC 處于“急?！睜顟B(tài)。 NC就緒來自NC的信號（NCK → PLC） 控制系統(tǒng)就緒。該接口信號反映繼電器觸點“NC 就緒”。在下列情況下設(shè)置該信號：繼電器觸點“NC 就緒”關(guān)閉；控制系統(tǒng)中的所有電壓均已建立；控制系統(tǒng)處于循環(huán)模式下 控制系統(tǒng)未就緒。繼電器觸點“NC 就緒 ”開啟。發(fā)生下列故障時取消“NC 就緒”：欠電壓與過電壓監(jiān)控功能已響應(yīng)；個別組件未就緒（NCK CPU就緒）；NC CPU 看門狗若信號“NC 就緒”變?yōu)?0，則若可能，控制系統(tǒng)會采取下列措施： ? 收回控制器使能信號（將驅(qū)動停止）； 6.2.9 PLC的輸入輸出地址 （1）PLC地址范圍 操作符 表6-16 地址范圍 地址標識符 說明 范圍 DB 數(shù)據(jù) DB1000到DB7999 DB9900到DB9906 T 時間 T0到T15（100毫秒） T16到T63（10毫秒） C 計數(shù)器 C0 到C6.3 I 數(shù)字量輸入映像 I0.0到 I8.0 Q 數(shù)字量輸出映像 Q0.到 Q5.7 M 標志 M0.0到 M255.7 SM 特殊狀態(tài)存儲器 SM0.0 到SM0.6 AC ACCU AC0 到AC3 （2）DB范圍地址的結(jié)構(gòu)：DB 3801.DBX 1000 .7 其中38表示為用戶范圍其范圍地址為10-99，01表示范圍編號范圍為00-99，1代表子范圍其范圍值為0-9，000表示偏移范圍其范圍值是000-999，7是位標號值為0-7. 表6-17 地址結(jié)構(gòu) 存取 示例 說明 位 DB3801.DBX1000.7 軸2子范圍1中的補償為0用戶范圍為38的字節(jié)的位7 字節(jié) DB3801.DBB0 軸2的范圍0中的補償為0用戶范圍為38字節(jié) 字 DB4500.DBW2 在子范圍0中的補償2，范圍0，用戶范圍45條件下工作 雙字 DB2500.DB3004 子范圍3，范圍0，用戶范圍25中的補償4的雙字 地址所允許的補償與存取有關(guān)： 位或字節(jié)存取：任意補償，字節(jié)大小變量無縫地一個接一個放置于DB中。 字存?。貉a償值必須為2的整數(shù)倍，字大小變量始終保存于縱向補償上。 雙字存?。貉a償值為4的倍數(shù)，雙字大小變量始終保存在被4整除的補償上 （3）PLC地址分配表 表6-18 PLC地址分配表 輸入信號 輸入點 信號名稱 I0.0 主軸正轉(zhuǎn) I0.1 主軸反轉(zhuǎn) I0.2 主軸高檔 I0.3 主軸低檔 I0.4 主軸急停 I0.5 主軸停止 I0.6 刀架位置碼:T1 I0.7 刀架位置碼:T2 I1.0 刀架位置碼:T3 I1.1 刀架位置碼:T