毕业设计（论文）-SIEMENS_802C_铣床中PLC的控制分析.doc

题题 目目 siemens 802c 铣床中铣床中 plc 的控制分析的控制分析 专专 业业 数控设备应用与维护数控设备应用与维护 班班 级级 数电数电 3092 班班 姓姓 名名 学学 号号 指导教师指导教师 侯侯 晓晓 方方 二二 0 一一年十二月一一年十二月 陕陕西国防工西国防工业职业业职业技技术术学院学院 二二 o 一二届毕业设计（论文）任务书一二届毕业设计（论文）任务书 专业：数控设备应用与维护 班级：sd3092 姓名： 学号： 设计题目：siemens 802c 铣床中 plc 的控制分析 设计条件： 1、 program tool plc 802 软件； 2、 siemens 802c 数控铣床中 plc 的梯形图； 3、 siemens 802c 数控铣床。 设计任务： 1、siemens 802c 数控铣床中 plc 程序的分析； 2、熟练使用 programming tool plc802 软件。 毕业设计（论文）内容包括： 1、课题的来源和意义说明。 2、siemens 802c 数控铣床中 plc 的梯形图分析结果。 起止日期：2011 年 11 月 7 日2011 年 12 月 23 日（共 7 周） 指导教师：侯晓方 审核（教研室主任）： 批准（系主任）： 设计评语： 指导教师签字： 年 月 日 答 辩： 考核组长： 总 成 绩： 摘 要 plc 广泛应用于工业控制，具有稳定、可靠和实时处理能力强的优点。plc 为 工业自动化提供了几乎完美的现代制动控制装置。 本设计是对 siemens 802c 数控铣床中 plc 程序的控制应用以及 plc 在数控 机床中的应用进行分析说明。设计首先针对 plc 的发展历史、组成、工作原理、特 点和应用等进行介绍。正文主要通过使用 program tool plc 802 软件对 siemens 802c 数控铣床中 plc 的梯形图进行分析，来学习和了解数控系统对机床的控制。本 次设计主要应用的是 simatics7-200plc，围绕 plc 展开论述。通过 plc 梯形图了 解数控机床的控制方式以及各子程序的调用和实现。 本次设计的意义在于对 plc 在西门子 802c 数控系统中的应用，记忆各个子程 序在数控系统中的功能及控制意义和作用。在这次的设计过程中让我对 plc 控制有 了更进一步的了解。 关键词：关键词：数控铣床；siemens 802c；plc；梯形图 目目 录录 1 plc 概述.1 1.1 plc 的概述 .1 1.2 s7 系列 plc 的概述.6 2 plc 在数控机床中的应用7 2.1 plc 在数控机床中的应用形式 .7 2.2 plc 与数控系统及数控机床间的信息交换 .8 2.3 plc 和 nc 的关系8 3 plc 在 siemens 802c 铣床中的应用及分析10 3.1 西门子数控系统（sinumerik 802c base line）介绍 10 3.2 plc 初始化（plc-ini）.10 3.3 冷却控制（cooling）.12 3.4 润滑控制 （lubricate）.15 3.5 刀具的加紧与松开（lock_unl）18 4 结 论23 参考文献24 致 谢.25 数控工程学院毕业设计论文 0 1 plc 概述 1.1plc 的概述 可编程控制器(plc)目前已成为工业控制领域中广泛应用的自动化装置。与一般的计 算机控制系统相比，在工业现场应用 plc 实现自动控制，操作方便，可靠性高，易于编 程，受到广大技术人员的重视和欢迎。可以这样说，在现代化的工厂里，无论是一台自 动生产设备，还是连续的生产过程控制系统，其中若没有通常所说的计算机控制系统， 就必定有 plc 在发挥核心作用。plc 与机器人、cadcam 被称为工业生产自动化的 三大支柱。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(programmable logic controller，plc)，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微 型计算机的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置 称作可编程控制器，简称 pc。但是为了避免与个人计算机(personal computer)的简称混 淆，所以将可编程序控制器简称 plc，plc 自1969年美国数据设备公司（dec）研制出 现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。可编程逻辑控制器 （programmable logic controller，简称 plc） ，一种具有微处理机的数位电子设备，用于 自动化控制的数位逻辑控制器，可以将控制指令随时加载内存内储存与执行。可编程控 制器由内部 cpu，指令及资料内存、输入输出单元、电源模组、数位类比等单元所模组 化组合成。 （1）plc 的特点 可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。plc 由于采用现 代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术， 具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 f 系列 plc 平均无故障时间高达 30 万小时。 一些使用冗余 cpu 的 plc 的平均无故障工作时间则更长。从 plc 的机外电路来说，使 用 plc 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少 到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，plc 带有硬件故障自我检测功能， 出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自 诊断程序，使系统中除 plc 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统 具有极高的可靠性也就不奇怪了。 配套齐全，功能完善，适用性强 plc 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规 模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 plc 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 plc 的功能单元 大量涌现，使 plc 渗透到了位置控制、温度控制、cnc 等各种工业控制中。加上 plc 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 plc 组成各种控制系统变得非常容易。 数控工程学院毕业设计论文 1 易学易用，深受工程技术人员欢迎 plc 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企 业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符 号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 plc 的少量开关量逻辑控制指令就可以方 便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用 计算机从事工业控制打开了方便之门。 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 plc 用存储逻辑代替接线逻辑， 大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也 变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合 多品种、小批量的生产场合。 体积小，重量轻，能耗低 以超小型 plc 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。由于体积小，很容易装入机械内部，是实现机电 一体化的理想控制设备。 （2）plc 的组成 图 1 plc 的组成 plc 的种类繁多，有各种不同的结构，以小型 plc 为例，plc 一般由四大部分组 成：忠言处理器（cpu） 、存储器、输入/输出接口、电源，如图所示。 中央处理器（cpu）是计算机的核心，因此它也是 plc 的核心。它按照系统程序赋 予的功能完成以下主要任务： 接收与存储用户由编程器键入的用户程序和数据。 检查编程过程中的语法错误，诊断电源及 plc 内部的工作故障。 用扫描方式工作，接收来自现场的输入信号，并输入到输入印象寄存器和数据存 储器中。 在进入运行方式后，从存储器中逐条读取并执行用户程序所规定的逻辑运算、算 数控工程学院毕业设计论文 2 术运算及数据处理等操作。 根据运算结果，更新有关标志位的状态，刷新输出映像寄存器的内容，再经输出 部件实现输出控制、打印制表或数据通信等功能。 在模板式 plc 中，cpu 是一个专用模板，一般 plc 的 cpu 模板上还有存放系统程 序的 rom 和存放用户程序或少量数据的 ram，以及译码电路、通信接口和编程器接口 等。 在整体式 plc 中，cpu 是一块继承电路芯片，通常是通用的 8 位或 16 位的微处理 器，如 z80、z80a、8085、6800 等。采用通用的微处理器作 cpu，其好处是这些微处 理器及其配套的芯片普及通用、价廉，有独立的 i/o 指令，且指令格式短，有利于译码 及缩短扫描周期。 存储器是具有记忆功能的半导体电路，用于存放系统程序用户程序、逻辑变量和其 他信息。系统程序是控制和完成 plc 多种功能的程序，由厂家编写。用户程序是根据生 产过程和工艺要求设计的控制程序，由用户编写。 plc 中常用的存储器由 rom、ram、和 eprom。 系统程序寄存器： 由 plc 制造厂家编写的系统程序存放在只读存储器 rom 中，用户不能访问也不能 更改其内容。 用户程序存储器： 用户程序存储器存放用户按控制要求编程的应用程序。不同类型的 plc 的容量不尽 相同，并可以根据需要进行扩充，可以使 ram，大多采用 eprom。 工作数据存储器： 工作数据存储器用于存放 plc 在运行过程中所需要的及生成的各种工作数据、包括 输入/输出映像及各类软元件存储器。这些数据不断变化、无需长久保存，因此采用 rom。 输入/输出接口 实际生产过程中的信号电平是多种多样的，外部执行机构所需要的电平也是千差万 别的，而 plc 的 cpu 所处理的信号只能是标准电平，正是通过输入/输出接口实现了这 些信号电平的转换。i/o 接口实际上是 pc 与被控制对象间传递输入/输出信号的接口 部件。 输入接口 输入接口是 plc 与控制现场的接口界 面的输入通道。输入接口由光电耦合、输 入电路和微处理器输入接口电路组成。光电耦合输入电路隔离输入信号，防止现场的强 点干扰进入微机，对交流输入信号还可采用变压器或继电器隔离。有许多种 数控工程学院毕业设计论文 3 plc 还加有滤波环节来增强干扰性能。 图 2 输入接口接线图 输出接口 输出接口接收主机的输出信息，并进行功率放大和隔离，经过输出接线端子向现场 输出相应的控制信号。输出接口电路一般由微电脑输出接口和隔离电路、功率放大电路 组成。pc 的输出接口单元由三种形式，即继电器输出、晶体管输出和双向可控硅（晶闸 管）输出。 电源是将交流电压信号转换成微处理器、存储器及输入输出部件正常工作所需要的 之流电源。由于 plc 要用于工业现场的自动控制、直接处于工业干扰的影响之中，所以 为了保证 plc 内主机可靠工作，电源对供电电源采用了较多的滤波环节，还用集成电压 调整器进行调整以适应交流电网的电压波动，对过电压和欠电压都有一定的保护作用。 另外，采用了较多的屏蔽措施来防止工业环境中的空间电磁干扰。常用的电源电路有串 联稳压电路、开关式稳压电路和设有变压器的逆变式。 （3）plc 的工作原理 当 plc 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和 输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，plc 的 cpu 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 输入采样阶段 在输入采样阶段，plc 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 i/o 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。 在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，i/o 映象区中的相应单元的状态和数 据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周 期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，plc 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。 在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先 左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的 结果，刷新该逻辑线圈在系统 ram 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 i/o 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，在用户程序执行过程中，只有输入点在 i/o 映象区内的状态和数据不会发生变 化，而其他输出点和软设备在 i/o 映象区或系统 ram 存储区内的状态和数据都有可能 发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈 或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据 只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，plc 就进入输出刷新阶段。在此期间，cpu 按照 i/o 映象 数控工程学院毕业设计论文 4 区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时， 才是 plc 的真正输出 同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，采用扫描用户 程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描 周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。 一般来说，plc 的扫描周期包括自诊断、通讯等，即一个扫描周期等于自诊断、通 讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。 （4）plc 的应用领域 目前，plc 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽 车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 开关量的逻辑控制 这是 plc 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、 顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、 印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等 都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（analog）和数字量 （digital）之间的 a/d 转换及 d/a 转换。plc 厂家都生产配套的 a/d 和 d/a 转换模块， 使可编程控制器用于模拟量控制。 运动控制 plc 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于 开关量 i/o 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可 驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 plc 厂家的产品几 乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机， plc 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。pid 调节是一般闭环控制系统中 用得较多的调节方法。大中型 plc 都有 pid 模块，目前许多小型 plc 也具有此功能模 块。pid 处理一般是运行专用的 pid 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控 制等场合有非常广泛的应用。 数据处理 现代 plc 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算） 、数据传送、数据转 换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与 存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的 智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制 数控工程学院毕业设计论文 5 造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 通信及联网 plc 通信含 plc 间的通信及 plc 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发 展，工厂自动化网络发展得很快，各 plc 厂商都十分重视 plc 的通信功能，纷纷推出 各自的网络系统。新近生产的 plc 都具有通信接口，通信非常方便。 1.2 s7系列 plc 的概述 simatic s7 系列包括小型 plc s7200、中型 plc s7300、大型 plc s7400， 使用 step7 编程语言编程。s7 系列 plc 产品的性能和使用范围各不相同，但具有如下 特点。 (1) plc 的核心 cpu 芯片已经升级到 intel 80486,甚至采用 pentium 处理器。 (2) 采用模块化紧凑设计。可按积木式结构进行系统配置，功能扩展非常灵活方便。 (3) 以极快的速度处理自动化控制任务，s7200 和 s7300 的扫描速度为 0.37s/ 指令。 (4) 有极强的网络功能，可用多个 plc 按照工艺或控制方式连接成工业网络，构成 完整的生产过程控制系统，既可实现总路线联网也可实现点到点通信。如果采用相同的 通信协议，可同时并行使用 simatics5 和 s7 系列 plc。 (5) 在软件方面，允许在 windows 操作平台下，使用相关的程序软件包、标准的 办公室软件和工业通信网络软件，可使用 c+等高级语言环境。编程工具更为开放，可 使用普通计算机或笔记本计算机，人机界面十分友好。 s7200 系列 plc 的主要性能指标 数控工程学院毕业设计论文 6 图 3 s7200cpu 主要性能指标 32入/32出32入/32出16入/16出无模拟量i/o映象区大小 256(128 / 128)256(128 / 128)256(128 / 128)256(128 / 128)数字量i/o映象区大小 eepromeepromeepromeeprom用户存储器类型 190小时190小时50小时50小时 数据后备时间 (超级电容) 5k5k2k2k用户数据存储区 8k8k4k4k用户程序存储区 35点35点10点不可扩展最大可扩展的模拟量 248点168点78点不可扩展最大可扩展的数字量 7个7个2个不可扩展可连接的扩展模块数量 24输人/16输出14输人/输10出8输人/6输出6输人/4输出 主机数字量输入/输出 点数 cpu226cpu224cpu222cpu221cpu类型 32入/32出32入/32出16入/16出无模拟量i/o映象区大小 256(128 / 128)256(128 / 128)256(128 / 128)256(128 / 128)数字量i/o映象区大小 eepromeepromeepromeeprom用户存储器类型 190小时190小时50小时50小时 数据后备时间 (超级电容) 5k5k2k2k用户数据存储区 8k8k4k4k用户程序存储区 35点35点10点不可扩展最大可扩展的模拟量 248点168点78点不可扩展最大可扩展的数字量 7个7个2个不可扩展可连接的扩展模块数量 24输人/16输出14输人/输10出8输人/6输出6输人/4输出 主机数字量输入/输出 点数 cpu226cpu224cpu222cpu221cpu类型 数控工程学院毕业设计论文 7 2 plc 在数控机床中的应用 随着科学技术的发展，机电产品日趋精密复杂。产品的加工精度要求越来越高，更 新换代的周期也越来越短，从而促进了现代制造业的发展。数控机床是实现军民机械制 造工业现代化至关重要的加工设备，并早已成为机床市场的主流产品。而作为数控机床 “大脑”的数控系统，既是决定数控机床性能和可靠性的关键因素，也是数控机床成本的 主要组成部分。数控系统主要由输人装置、监视器、主控制系统、plc、各类输人输 出接口等组成。随着 plc 技术、功能不断完善，使车床的数控系统，具有成本低、系 统简单、调整方便的优点。 plc 是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制 器的几处上发展起来的新型控制器它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域 的实时控制要求，同时也照顾到现场电器操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用 的计算机编程语言的表达形式，独具风格的形成一套一件电器为基础的形象编程语言和 模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学、调试和查错都很容易。 plc 现已成为现代工业控制三大支柱之一，以其可靠性高、逻辑功能强、体积小、可在 线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易于与计算机接口、能对模拟量进行控制， 具备高速技术与位控等高性能模块等优异性能，日益取代有大量中间继电器、时间继电 器、计数继电器等组成的传统继电-接触控制系统，随着科学技术的迅猛发展，在航天、 航空、机械、化工、石油、冶金、电力、轻工、电子、交通、技术监督与测试等行业得 到广泛应用,而且也正逐步引入人们的日常生活中去。可以说，测试技术与自动控制水平 的高低是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志。 2.1 plc 在数控机床中的应用形式 plc 在数控机床中应用，通常有两种形式：一种称为内装式；一种称为独立式。 内装式 plc 也称集成式 plc，采用这种方式的数控系统，在设计之初就将 nc 和 plc 结合起来考虑，nc 和 plc 之间的信号传递是在内部总线的基础上进行的，因而有 较高的较高交换速度和较宽的信息通道。它们可以共用一个 cpu 也可以是单独的 cpu 这种结构从软硬件整体上考虑, plc 和 nc 之间没有多余的导线连接, 增加了系统的可 靠性, 而且 nc 和 plc 之间易实现许多高级功能。plc 中的信息也能通过 cnc 的显 示器显示, 这种方式对于系统的使用具有较大的优势。高档次的数控系统一般都采用这 种形式的 plc。 独立式 plc 也称外装式 plc，它独立于 nc 装置，具有独立完成控制功能的 plc。 在采用这种应用方式式，可根据用户自己的的特点，选用不同专业 plc 厂商的产品，并 且可以更为方便的对控制规模进行调整。 数控工程学院毕业设计论文 8 2.2 plc 与数控系统及数控机床间的信息交换 相对于 plc，机床和 nc 就是外部。plc 与机床以及 nc 之间的信息交换，对于 plc 的功能发挥，是非常重要的。plc 与外部的信息交换，通常有四个部分： （1）机床侧至 plc：机床侧的开关量信号通过 i/o 单元接口输入到 plc 中，除极 少数信号外，绝大多数信号的含义及所配置的输入地址，均可由 plc 程序编制者或者是 程序使用者自行定义。数控机床生产厂家可以方便的根据机床的功能和配置，对 plc 程 序和地址分配进行修改。 （2）plc 至机床：plc 的控制信号通过 plc 的输出接口送到机床侧，所有输出信 号的含义和输出地址也是由 plc 程序编制者或者是使用者自行定义。 （3）nc 至 plc：cnc 至 plc:cnc 送至 plc 的信息可由 cnc 直接送入 plc 的寄 存器中，所有 cnc 送至 plc 的信号含义和地址(开关量地址或寄存器地址) 均由 cnc 厂家确定，plc 编程者只可使用不可改变和增删。如数控指令的 m、s、t 功能，通过 cnc 译码后直接送入 plc 相应的寄存器中。 （4）plc 至 cnc:plc 送至 cnc 的信息也由开关量信号或寄存器完成，所有 plc 送至 cnc 的信号地址与含义由 cnc 厂家确定，plc 编程者只可使用，不可改变和增 删。 2.3plc 和 nc 的关系 plc 用于通用设备的自动控制，称为可编程控制器。plc 用于数控机床的外围辅助电 气的控制，称为可编程序机床控制器。数控系统有两大部分，一是 nc、二是 plc，这 两者在数控机床所起的作用范围是不相同的。可以这样来划分 nc 和 plc 的作用范围： (1)实现刀具相对于工件各坐标轴几何运动规律的数字控制。这个任务是由 nc 来完 成； (2)机床辅助设备的控制是由 plc 来完成。它是在数控机床运行过程中，根据 cnc 内部标志以及机床的各控制开关、检测组件、运行部件的状态，按照程序设定的控制逻 辑对诸如刀库运动、换刀机构、冷却液等的运行进行控制。 在数控机床中这两种控制任务，是密不可分的，它们按照上面的原则进行了分工，同 时也按照一定的方式进行连接。nc 和 plc 的接口方式遵循国际标准“isso 4336-1981(e) 机床数字控制数控装置和数控机床电气设备之间的接口规范”的规定，接口分为四种类 型： a、与驱动命令有关的连接电路； b、数控装置与测量系统和测量传感器间的连接电路； c、电源及保护电路； d、通断信号及代码信号连接电路； 数控工程学院毕业设计论文 9 从接口分类的标准来看，第一类、第二类连接电路传送的是数控装置与伺服单元、伺 服电机、位置检测以及数据检测装置之间控制信息。第三类是由数控机床强电电路中的 电源控制控制电路构成。通常由电源变压器、控制变压器、各种断路器、保护开关、继 电器、接触器等等构成。为其它电机、电磁阀、电磁铁等执行组件供电。这些相对于数 控系统来讲，属于强电回路。这些强电回路是不能够和控制系统的弱电回路，直接相连 接的，只能够通过中间继电器等电子元器件转换成直流低压下工作的开关信号，才能够 成为 plc 或继电器逻辑控制电路的可接受的电信号。反之，plc 或继电器逻辑控制来的 控制信号，也必须经过中间继电器或转换电路变成能连接到强电线路的信号，再由强电 回路驱动执行组件工作。第四类信号是数控装置向外部传送的输入输出控制信号。 数控工程学院毕业设计论文 10 3 plc 在 siemens 802c 铣床中的应用及分析 3.1 西门子数控系统（sinumerik 802c base line）介绍 sinumerik 802c base line 是专门为中国数控机床市场而开发的经济型 cnc 控制 系统，性能价格比非常高。我公司在立车改造的项目中也多数使用这个数控系统。其特 性如下： 结构紧凑，高度集成于一体的数控单元，操作面板，机床操作面板和输入输出单元 机床调试配置数据少，系统与机床匹配更快速、更容易简单而友好的编程界面，保证了 生产的快速进行，优化了机床的使用 sinumerik 802c base line 集成了所有的 cnc，plc，hmi，io 于一身可独立于其他部件进行安装。坚固而又节省空间的设计， 使它可以安装到最方便用户的位置。 操作面板提供了所有的数控操作，编程和机床控制动作的按键以及 8 英寸 lcd 显示 器，同时还提供 12 个带有 led 的用户自定义键。工作方式选择（6 种） ，进给速度修调， 主轴速度修调，数控启动与数控停止，系统复位均采用按键形式进行操作 sinumerik 802c base line 的输入输出点为 48 个 24v 的直流输入和 16 个 24v 的直流输出。输出 同时工作系数为 0.5 时负载能力可达 0.5a.为了方便安装，输入输出采用可移动的螺丝夹 紧端子，该端子可用普通的螺丝刀来紧固 sinumerik 802c base line 可控制三个进给轴。 sinumerik 802c base line 提供传统的10v 的伺服驱动接口除三个进给轴外， sinumerik 802c base line 都提供一个10v 的接口用于连接主轴驱动。 sinumerik 802c base line 基本配置的驱动系统为 simodrive base line，3nm6nm 和 6nm8nm 双轴模块与 11nm 单轴模块，驱动带单极对旋转变压 器的 1fk 7 伺服电机，当需要进行功率扩展应用时，可以选用 simodrive 611u 伺服 驱动系统和带单极对旋转变压器的 1fk 7 伺服电机。 sinumerik 802c base line 控制软件已经存储在数控部分的 flash-eprom（闪存） 上，toolbox 软件工具（调整所用的软件工具）包含在标准的供货范围内。系统不再需 要电池，免维护设计。采用电容防止掉电引起的数据丢失。程序的变化和新程序软件存 储。系统软件面向车床和铣床应用，并可单独安装。在每一个工具盒中都包含有车床和 铣床的 plc 程序示例，以便用户能很快地调试完毕。 3.2plc 初始化（plc-ini） plc 的初始化就是初始化一些在程序中要用到的变量或者信号状态，把程序中的变 量赋为默认值。 等同于系统进行自检，来检查一下硬件是否故障，清理存储单元。 数控工程学院毕业设计论文 11 （1）系统高电频 1 时，测量系统激活 信号说明： n-1-msys1 v38000001.5 坐标轴接口的位置测量系统为 1 时有 效 n-1-ov-act v38000001.7 坐标轴接口的进给倍率生效 n-2-msys1 v38010001.5 坐标轴接口的位置测量系统为 1 时有 效 n-2-ov-act v38010001.7 坐标轴接口的进给倍率生效 n-3-msys1 v38020001.5 坐标轴接口的位置测量系统为 1 时有 效 n-3-ov-act v38020001.7 坐标轴接口的进给倍率生效 n-4-msys1 v38030001.5 坐标轴接口的进给倍率生效 n-c-ovsel v32000006.7 nck 通道接口进给倍率生效 one sm0.0 常 1 信号 梯形图分析： 该程序在 plc 程序第一次执行被调用，用于设置一些基本的信号。当系统处于高电 频 1 时常开触点 sm0.0 闭合，nck 接口的进给倍率被激活，坐标轴接口的测量系统有 效。 （2）主轴激活 数控工程学院毕业设计论文 12 信号解释： n-4-ov-act v38030001.7 坐标轴接口的进给倍率生效 one sm0.0 常 1 信号 梯形图分析： 系统通电后 sm0.0 处于高电频 1 时 v38030001.7 有效，坐标轴接口进给倍率信号生 效，主轴激活。 （3）手轮初始化选择 信号解释： one sm0.0 常 1 信号 p_h_hw1 vb19001003 手轮 1hmi 接口信号有效 p_h_hw2 vb19001004 手轮 2hmi 接口信号有效 梯形图分析： 系统上电后 sm0.0 触点闭合进行数据的传送，将 vb14000000 中的数据按字节的形 式传送到 vb19001003 中，同时将 vb14000001 中的数据按字节的形式 传送到 vb19001004 中。 （4）执行用户初始化 信号分析： 信号说明： one sm0.0 常 1 信号 梯形图分析： 数控工程学院毕业设计论文 13 当 sm0.0 有效为 1 时，调用用户初始化程序。 3.3 冷却控制（cooling） 冷却可以通过操作面板 mcp 的冷却启动和停止键，或通过零件程序中的编程指令 m07/m08 和 m09 键启动和停止。在急停、冷却电机过载、冷却液液位低或在程序控制 生效时，冷却输出禁止。 信号解释： l2.0 c-key 手动操作键 l2.1 ovload 冷却电机过载 l2.2 c-low 冷却液液位低 l2.3 c-dis 冷却禁止 l2.4 c-out 冷却输出 l2.5 c-led 冷却输出状态显示 l2.6 err1 冷却电机过载报警 l2.7 err2 冷却液液位低报警 lw0 nodef 保留字 （1）冷却状态的开关 信号解释： cool-on m105.1 手动操作键 c-act m105.2 冷却开 p-c-m07 v25001000.7 雾状冷却液开 p-c-mo8 v25001001.0 液状冷却液开 数控工程学院毕业设计论文 14 p-c-m09 v25001001.1 冷却液关 one sm0.0 常 1 信号 梯形图分析： 在上电之初，sm0.0 常 1 信号始终导通，当冷却开关闭合，有上升沿电平来临时， m105.2 置位为 1，触发冷却输出命令；当冷却开关断开，有下降沿电平来临时，使 m105.2 复位，触发冷却关闭命令。 （2）在急停、冷却电机过载、冷却液液位低或在程序控制失效时，冷却输出禁止 信号解释： c-act m105.2 冷却开 n-c-reset v0000000.7 来自机床侧的冷却复位信号 p-c-prt-act v33000001.7 来自程序的冷却复位信号 p-n-emg-act v27000000.1 来自机床侧急停的信号 梯形图分析： 当机床接受到机床侧、程序、急停的信号，或在冷却电机过载、冷却液液位低时， 使 m105.2 复位，冷却液输出停止。 （3）冷却液的输出和报警显示 数控工程学院毕业设计论文 15 信号解释： cool-on m105.1 冷却启动或停止状态 one sm0.0 常 1 信号 梯形图分析： 在上电之初，sm0.0 常 1 信号始终导通，各信号灯显示不同的冷却状态。如：冷却 开或关、冷却电机过载报警、冷却液液位低报警。 3.4 润滑控制 （lubricate） 信号解释： lw0 lintv 润滑时间间隔 lw2 ltime 润滑输出时间 l4.0 l-key 润滑开关 l4.1 list 一个扫描周期内润滑使能 l4.2 ovload 润滑发动机超载 l4.3 l-low 润滑剂水平低 l4.4 l-out 润滑输出 l4.5 l-led 润滑状态显示 l4.6 err1 润滑泵超载报警 l4.7 err2 润滑剂水平低报警 （1）每次润滑间隔和润滑时间没有规定，推出润滑程序 数控工程学院毕业设计论文 16 信号解释： one sm0.0 常 1 信号 梯形图分析： 上电之初，sm0.0 常 1 信号始终导通，润滑没有输出（l4.4） ，润滑状态没有显示 （l4.5） ，当润滑时间间隔小于等于零（没有时间间隔）或润滑时间小于等于零时，子程 序调用返回，即不执行润滑子程序以及后面的所有程序。 （2）第一个 plc 润滑有效或润滑健被触发 信号解释： l-cmd m105.4 润滑的控制 scan-1st sm0.1 第一个 plc 的循环 1 和连续的循环 0 梯形图分析： 当润滑开关合上，l4.0 电平有上升沿来临时，或者在首次 plc 周期内有润滑指令， 使 m105.4 置 1，触发润滑命令。 该梯形图的作用是：润滑命令源是润滑开关，或者是首次 plc 周期内的润滑使能。 （3）润滑时间 信号解释： l-cmd m105.4 润滑的控制 l-internal c30 计算润滑间隔时间（单位：1 分钟） 数控工程学院毕业设计论文 17 l-time t13 计算润滑持续时间（单位：0.01 秒最大值 327.67 秒） p-n-emg-act v27000000.1 nck 到达信号：急停激活 梯形图分析： 当在润滑开启的持续时间（lw2）内“急停激活信号/润滑发动机超载/润滑剂平低”中 任何一个条件满足时，m105.4 复位，润滑命令被禁止。同时满足传送指令条件，开始向 c30 中传送数据。 该梯形图的作用是：润滑禁止的条件。 （4）润滑间隔时间计算 1 分钟的特别计数 信号解释： clock60s sm0.4 60 秒钟 l-cmd m105.4 润滑的控制 l-internal c30 计算润滑间隔时间（单位：1 分钟） l-time t13 计算润滑持续时间（单位：0.01 秒最大值 327.67 秒） 梯形图分析： 润滑时间间隔记数器 1min 内记数一次，累计记数到 lw0 时停止记数，记数器的状 态位为 1 时，c30 的常开触点闭合，当润滑时间到（lw2）或者有润滑命令（m105.4） 时，计数器复位。 该梯形图的作用是：用计数器来实现润滑时间间隔。 (5) 润滑时间的控制 数控工程学院毕业设计论文 18 信号解释： l-cmd m105.4 润滑的控制 l-internal c30 计算润滑间隔时间（单位：1 分钟） l-time t13 计算润滑持续时间（单位：0.01 秒最大值 327.67 秒） 梯形图分析： 当润滑间隔计数器 c30 达到设定值 lw0 时或按下手动润滑键 l4.0，或者在首次 plc 周期内有润滑使能时，使 m105.4 导通，润滑时间继电器 t13 开始计数，润滑时间 为 lw2。 （6）润滑控制信号输出 信号解释： l-cmd m105.4 润滑的控制 l-internal c30 计算润滑间隔时间（单位：1 分钟） l-time t13 计算润滑持续时间（单位：0.01 秒最大值 327.67 秒） 梯形图分析： 当计数器的状态位为 1，c30 的常开触点闭合，或者有润滑命令时，触发 t13 接通 延时定时器。接通延时定时器开始记时，当定时器的当前值大于等于欲设值时，该定时 器的状态位被置 1 常开触点接通（t13） ，触发润滑，润滑状态显示，等润滑开启的持续 时间到了之后 t13 断开，润滑停止，无润滑输出显示。 该梯形图的作用是：润滑时间控制，以及控制信号输出。 (7) 控制信号的输出和报警激活 数控工程学院毕业设计论文 19 信号解释： one sm0.0 检测规定的 1 信号 梯形图分析： 系统上电后，sm0.0 始终导通。当润滑发动机超载时，有润滑泵超载报警（l4.6） 。 当润滑剂水平低时，润滑剂水平低报警（l4.7） 。 该梯形图的作用是：控制报警信号输出。 3.5 刀具的加紧与松开（lock_unl） 局部输入变量定义： lw0 delay 锁紧延时（单位：2xplc 扫描周期） l2.0 conf 程序配置：1/0 有无缩进到位开关 l2.1 key 手动锁紧放松键（no） l2.2 ex_k 外部手动放松键 （no） l2.3 s_velo 主轴速度状态：1-主轴停止/0 主轴运行 l2.4 clpi 锁紧到位传感器（no） l2.5 relo 放松输出 l2.6 clpo 锁紧输出 l2.7 c_ind 锁紧到位状态指示 l3.0 err1 错误信息：主轴运行过程中禁止刀具的锁紧放松 l3.1 err2 错误信息：缩进未到位 l3.2 key_act 释放键生效 （1）松刀前应满足的条件 信号说明： md14512_18_7 v45001018.7 md1451218.7.1:急停链生效 p_c_prg_run v33000003.0 nck 通道发出讯号程序状态运行 梯形图说明： 程序在运行状态下，运行速度在没有停止的状态下，按下松开键 l2.1，刀具松开。 或者程序在运行状态下，运行速度在没有停止的状态下，外部松开键 l2.2，刀具松开。 （2）发出报警信息：主轴在运转状态下不能松刀 数控工程学院毕业设计论文 20 信号说明： p_c_prg_run v33000003.0 nck 通道发出讯号程序状态运 行 梯形图说明： 主轴在运行速度在没有停止的情况下，按下松开键 l2.1，系统发出错误信息。（主 轴运行过程中禁止锁紧放松） (3) 如果急停，重置记忆位数 信号说明： p_c_emg_atc v27000000.1 nck 发出讯号急停生效 tr_om m113.7 释放刀具缓冲 梯形图说明： nck 发出讯号急停生效释放刀具缓冲。 （4）通过有效的按键实现刀具的夹紧与放松 信号说明： one sm0.0 检测规定的 1 信号 rr_om m113.7 释放刀具缓冲输出 tr_st m113.6 刀具处于放松状态 梯形图说明： 当 sm0.0 检测到 1 的信号时刀具释放键生效，按下 l2.1 键，l3.2 常开触点闭合， 刀具释放缓冲输出，m113.7 常开触点闭合将信号传给线圈 m113.6 刀具处于松开状态。 m113.6 线圈得电，m113.6 常开触点闭合，按下 l3.2 键刀具释放缓冲输出，m113.7 触 点复位。 数控工程学院毕业设计论文 21 (5) 刀具夹紧之后进给保持复位 信号说明： clamping c29 卡紧延时（延时 plc 两个扫描周期） eod m113.5 末端延时 n_4_festopo v38030004.3 主轴接收讯号：进给停止/进给启动 n_c_fdhold v32000006.0 nck 接收讯号：进给生效 n_c_readdis v32000006.1 nck 接收讯号：写入错误 one sm0.0 常 1 信号 tr_st m113.6 刀具处于松开状态 梯形