西门子802D数控系统PLC编程与应用.pdf

E q u i p m e n tM a n u f a c t r i n g T e c h n o l o g y N o 9 2 0 0 8 西门子8 0 2 D系统是近年来广泛应用于数控车 数控铣以 及经济型加工中心上的数控系统 由P C U 面板控制单元 M C P 机床控制面板 N C键盘 伺服驱动功率模块及电源 I O 输入输出模块 电子手轮等基本单元组成 P C U作为8 0 2 D数 控系统的核心部件 将N C K 数控核心 P L C H M I 人机界面 和通讯任务集成在一起 并用P r o f i b u s现场总线将各单元连接 起来 组成一个可同时控制4个伺服进给轴和一个模拟主轴 的数控系统 8 0 2 D数控系统各坐标轴的伺服控制由N C K装置完成 但机床逻辑控制则由P C U内嵌的P L C完成 机床外部输入输 出信号经I O模块P P 7 2 4 8 7 2入4 8出 并通过P r o f i b u s现场 总线实现与P L C的连接 8 0 2 D系统最多可配两块P P 7 2 4 8模 块 由于8 0 2 D系统是一种通用的数控系统 将其应用于不同 的数控机床时 机床的逻辑控制以及P L C的输入输出信号会 不一样 因此 将8 0 2 D系统应用于数控机床时 最重要的是要 根据机床的逻辑控制要求设计和调试好系统P L C程序 才能 使系统正常和安全地工作 本文结合8 0 2 D系统在广西水利电 力职业技术学院经济型数控铣床X K 5 0 3 6上的应用 介绍 8 0 2 D数控系统P L C的编程与应用方法 铣床的数控系统配置 及系统连接如图1所示 1 两块6 1 1 U E功率模块负责三个坐标 轴的伺服进给控制 铣床的主轴电机则采用接触器控制 主轴 转速由机械变速箱调整 1数控系统与P L C接口信号 从图1可看出 机床外部的输入输出信号主要包括机床 控制面板 M C P 和机床电气控制信号 机电电气控制信号主 要包括参考点以及各轴限位信号 各异步电机启停控制及过 载信号 伺服驱动控制使能信号等 该部分信号通过P P 7 2 4 8 的X 3 3 3插座连接 M C P上主要安装有急停开关 主轴转速和 进给速度倍率开关 主轴控制按键 系统控制方式选择按键 各轴点动控制按键 N C控制按键以及用户选择键和L E D指 示灯等 并通过2条5 0芯的扁平电缆与P P 7 2 4 8的X 1 1 1 X 2 2 2插座连接 由于M C P上全部为开关信号且通过I O接口 与P L C连接 因此 用户可选择西门子公司配套的M C P 也可 以根据实际机床控制需要设计自己的机床控制面板 作为数控系统的重要组成部分 系统内嵌的P L C采用接 口变量V及相应的数据位的形式与N C K H M I和M C P进行控 制和状态信息的传送 并按照系统的工作状态和用户编写的 西门子 8 0 2 D数控系统 P L C编程与应用 陈炳森 1 胡华丽2 1 广西水利电力职业技术学院 广西 南宁5 3 0 0 2 3 2 广西南宁水利电力工程处 广西 南宁5 3 0 0 0 1 摘要 数控系统P L C程序的设计是机床数控系统安装调试中最重要和最关键的步骤 本文结合西门子8 0 2 D系统在经济型数控铣床 上的应用 简要介绍8 0 2 D系统的基本配置和I O地址的分配 重点介绍数控系统内部接口信息的传送和P L C的编程及应用 关键词 数控系统 P L C NC K 中图分类号 T P 2 7 3文献标识码 A文章编号 1 6 7 2 5 4 5 X 2 0 0 8 0 9 0 1 4 8 0 4 收稿日期 2 0 0 8 0 6 2 6 作者简介 陈炳森 1 9 7 2 男 广西平南人 工程师 讲师 研究方向 数控应用技术 机电一体化技术 胡华丽 1 9 7 2 女 广西大新人 工程 师 主要从事水电安装及调试工作 图1 8 0 2 D系统连接示意图 电源模块 功率模块功率模块 信号接口 信号接口 信号接口 信号接口 个人 计算机 R S 2 3 2 接口 隔离器 R S 2 3 2电缆 电缆随键盘提供 手轮电缆 N C 键盘 电子手轮 机床控制面板 端子 转换器 芯扁平电线 N C K M C P P L C H M I 图2数控系统内部信号传递示意图 1 4 8 装备制造技术 2 0 0 8年第9期 控制程序完成机床逻辑控制任务 P L C N C K H M I M C P相互 间信息传送的路径和方向如图2所示 数控系统与P L C主要 接口信号简要说明如表1所示 详细接口信号的说明请参阅 西门子 中国 有限公司技术手册 S I N U M E R I K8 0 2 D简明 调试指南 下面以在A U T O状态下启动N C程序 来说明接口信号的 传送和处理过程 1 按下M C P上的A U T O方式按键时 V 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 实现M C P的按键信号向P L C传送 P L C可据此位数据可 判断用户是否按下A U T O方式按钮 2 系统处于A U T O方式后 V 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 实现P L C向 M C P回传系统已处于A U T O方式 3 按下M C P上的N C启动按键时 V 1 0 0 0 0 0 0 1 7 1 实现M C P向P L C传送用户的N C启动命令 4 P L C收到N C启动命令后 V 1 1 0 0 0 0 0 1 7 1 由P L C向 M C P回传N C已启动信号 同时 V 3 2 0 0 0 0 0 7 1 1 由P L C向 N C K传送N C启动命令 5 N C K开 始 执 行 用 户 已 选 定 的N C加 工 程 序 V 3 3 0 0 0 0 0 3 0 1 并由N C K向P L C传送程序已处于运行状态 的信息 6 N C K执行N C程序并通过伺服驱动模块控制各进给 轴 运 动 当 程 序 中 执 行 到M 3功 能 时 经N C K译 码 V 2 5 0 0 1 0 0 0 3 1 N C K向P L C传送主轴正转启动命令 7 P L C经P P 7 2 4 8模块以及机床电气接口实现主轴正 转启动和自保持控制 同时 V 1 1 0 0 0 0 0 1 6 1 P L C向M C P传送 主轴已正转信息 8 在用户程序执行过程中 如果出现了主轴或冷却电机 过载等机床电气故障 故障信号从P P 7 2 4 8送入P L C并在 P L C程序中触发用户报警 再由P L C以变量的形式将对应的 报警号送至H M I 最后H M I根据已编好并下载到数控系统的 报警文件将报警信息显示出来 2数控系统P L C程序编程 8 0 2 D数控系统的P L C编程使用专用的P r o g r a m m i n g t o o l P L C8 0 2 D工具软件 其编程环境和程序结构类似S I M A T I C S 7 2 0 0P L C 由一个主程序和相关子程序组成 使用L A D 梯 形图 作为编程语言 但所使用的通信接口和通信电缆与 S 7 2 0 0 P L C不同 8 0 2 D系统P L C程序的设计可参考西门子公司利用8 0 2 D P L C子程序库编写的铣床P L C应用实例 并结合铣床具体的 系统配置 I O信号地址分布以及系统模块的连接方式 修改 实例程序来获得铣床的P L C控制程序 2 1信号地址分布说明 根据图1的系统连接方式 M C P各按键的地址分布如表 2所示 机床I O信号接至X 3 3 3后的I O分布如表3所示 其 中输出信号均为驱动2 4 V D C中间继电器的开关信号 经中间 继电器的触点实现对外部强电回路的控制 1 在M C P的用户选择键中 定义K T 4键 5 为伺服使能控 制 定义K T 5键 6 为冷却控制键 各键上方的L E D为对应 状态指示灯 2 2 P L C程序设计 结合铣床的系统配置 设计的P L C程序由一个主程序和 七个子程序组成 具体如下 2 2 1主程序MA I N O B 1 主程序M A I N是P L C在R U N状态下自动循环执行的程 8 将来自M C P上按键信号以数据位的形式送至P L C 包括系统控制方式选择键 N C控制键 各轴点动控 制键 倍率开关 用户选择键等信号 将P L C已确认的M C P按键信号 除倍率开关外 返回给M C P 将P L C程序所触发的用户报警号送至H M I 再由H M I根据已编好并下载到数控系统的 报警文件将报警信息显示出来 H M I将N C不能启动 系统急停等系统重要的 有效报警响应送至P L C 将用户在H M I上选择的程序空运行 程序测试 程序 跳段 快速进给倍率生效等状态信号送至P L C 将N C程序译码得出的辅助功能M信号 送至P L C 包括M 0 M 9 9 将P L C已确认的系统控制方式信号送N C K 包括 A U T O 手动 M D A控制方式以及手轮脉冲进给增量 将N C K确认的系统控制方式有效信号返回P L C 传送主要内容 信息传送方向 M C P P L C P L C M C P P L C H M I H M I P L C H M I P L C N C K P L C P L C N C K N C K P L C 变量地址范围 V 1 0 0 0 0 0 0 0 V 1 0 0 0 0 0 0 8 V 1 1 0 0 0 0 0 0 V 1 1 0 0 0 0 0 7 V 1 6 0 0 0 0 0 0 V 1 6 0 0 0 0 0 7 V 1 6 0 0 2 0 0 0 V 1 7 0 0 0 0 0 0 V 1 7 0 0 0 0 0 3 V 2 5 0 0 1 0 0 0 V 2 5 0 0 1 0 1 2 V 3 0 0 0 0 0 0 0 V 3 0 0 0 0 0 0 2 V 3 1 0 0 0 0 0 0 V 3 1 0 0 0 0 0 1 序 号 1 2 3 4 5 6 7 表1数控系统与P L C主要接口信号简要说明 对应的按键及其所占输入输出字节 输入字节I B 0 对应按键 1 8 输入字节I B 1 对应按键 9 1 6 输入字节I B 2 对应按键 1 7 2 4 输出字节Q B 0 对应于用户定义键的6个发光二极管 输入字节I B 3 对应按键 2 5 2 7 输入字节I B 4 对应进给倍率开关 5位格林码 输入字节I B 5 对应主轴倍率开关 5位格林码 输出字节Q B 1 保留 P P 7 2 4 8 X 1 1 1 X 2 2 2 M C P X 1 2 0 1 X 1 2 0 2 表2 MC P信号地址分布表 信号名称 输入公共端 急停输入 主轴电机过载 冷却电机过载 润滑泵电机过载 X轴参考点 Y轴参考点 Z轴参考点 X限位 X限位 Y限位 Y限位 Z限位 Z限位 电源模块准备好 I 2t 或温度监控 信号地址 2 4 V D C I 6 0 I 6 1 I 6 3 I 6 4 I 6 6 I 6 7 I 7 0 I 7 1 I 7 2 I 7 3 I 7 4 I 7 5 I 7 6 I 7 7 I 8 0 信号地址 Q 4 0 Q 4 1 Q 4 2 Q 4 3 Q 4 4 Q 4 5 Q 4 6 Q 4 7 Q 5 0 2 4 V D C 2 4 V D C 2 4 V D C 2 4 V D C 信号名称 急停输出 控制使能 脉冲使能 启动接触器 主轴正转 主轴制动 Z轴抱闸 主轴反转 冷却控制 输出公共端 输出公共端 输出公共端 输出公共端 针号 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8 3 9 4 7 4 8 4 9 5 0 针号 2 3 4 6 7 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 P P 7 2 4 8 X 3 3 3 输入信号输出信号 表3机床I O信号及地址分布表 1 4 9 E q u i p m e n tM a n u f a c t r i n g T e c h n o l o g y N o 9 2 0 0 8 序 其主要作用 一是利用S M 0 1接点在P L C第一个扫描周期 调用P L C初始化子程序P L C I N I S B R 3 2 完成P L C的初始 化工作 二是利用S M 0 0接点在P L C每个扫描周期调用各子 程序 完成相应的机床逻辑控制功能 主程序如图3所示 2 2 2P L C初始化子程序P L C I N I S B R 3 2 P L C的初始化用于设置一些基本接口信号 包括设定 V 3 2 0 0 0 0 0 6 7 1 使N C K通道接口的进给倍率生效 设定各轴 V 3 8 0 X 0 0 0 1 5 1和V 3 8 0 X 0 0 0 1 7 1 使各轴进给倍率生效和测 量系统有效 2 2 3急停处理子程序E MG S T O P S B R 3 3 E M G S T O P子程序主要处理急停操作以及对伺服电源模 块的上电和下电时序进行控制 当主轴电机和冷却电机同时过载时 利用Q 4 0及外部中 间继电器切断控制回路电源 当按下急停键 主轴电机过载 冷却电机过载 伺服电源模块未准备好或伺服电源模块I 2 t报 警的任一条件满足时急停动作 由P L C N C K发要求急停信 号 V 2 6 0 0 0 0 0 1 1 1 同时可触发相应的报警信号 当N C K P L C发急停有效 V 2 7 0 0 0 0 0 0 1 1 信号时 P L C 程序按伺服电源模块的下电时序依次断开模块的控制使能信 号 端子6 4 脉冲使能信号 端子6 3 启动接触器信号 端子 4 8 当急停退出时 P L C则按相反时序完成伺服电源模块的 上电 伺服电源模块的上下电时序如图4所示 图中t一般取 2 0 0 m s 2 2 48 0 2 D机床控制面板MC P信号传递子程序MC P 8 0 2 D S B R 3 4 M C P 8 0 2 D子程序主要是将M C P上各按键的动作信号送 至P L C 包括伺服使能 主轴控制 系统控制方式选择 N C启 停及复位 各轴点动控制 主轴及进给倍率 增量选择等信号 并将N C K已确认的增量值 N C启停等信息返回M C P 2 2 5 MC P和H MI信号处理子程序MC P N C K S B R 3 8 M C P N C K子程序主要将M C P上已选择并送到P L C的 N C启停及复位 系统控制方式 增量值 主轴及进给倍率 各 轴点动控制 快进以及H M I上所激活的空运行 快进倍率生 效 程序跳段和测试等信息送N C K 各轴点动控制信息送 N C K前应进行越限判断 2 2 6据H MI接口信号选择手轮子程序H A N D WH L S B R 3 9 由于系统中只安装了一个电子手轮 8 0 2 D系统最多可安 装三个电子手轮 因此在用手轮控制各轴进给时 需要在 H M I中用软键选择要控制的轴号 H A N D WH L子程序的作用 一是初始化手轮在机床坐标系中选择的轴号 二是判断和激 活用户所选择的轴号并送N C K 由N C K根据手动控制方式下 选择的增量实现对相应轴的手轮脉冲进给控制 2 2 7主轴和进给轴控制子程序A X I S C T L S B R 4 0 A X I S C T L子程序用于主轴和进给轴控制 主轴的控制是 根据M C P选择的主轴控制信号或N C程序译码得到的M代 码实现主轴的启停及正反转控制 进给轴的控制首先根据伺 服电源模块控制使能和脉冲使能启动信号 将各轴的伺服使 能和脉冲使能信号送N C K 如电源模块的脉冲使能信号消失 则将各轴伺服使能复位信号送N C K 接着根据Z轴伺服电机 的工作条件完成Z轴电机抱闸的控制 最后进行机床回参考 点以及各轴点动进给的控制 并进行各轴进给的越限判断及 处理 出现越限时禁止进给并触发相应的系统报警信息 2 2 8冷却泵控制子程序C O O L I N G S B R 4 4 P L C程序设计时在用户选择键中定义了一个冷却控制键 K T 5 C O O L I N G子程序首先根据冷却泵的当前状态及K T 5键 电源馈入模块 控制端子6 4 控制端子6 3 控制端子4 8 监控主轴停止状态 tttt 下电时序上电时序 图4伺服电源模块上下电时序图 图3 P L C主程序 1 5 0 装备制造技术 2 0 0 8年第9期 路设计来决定的 硬件电路确定后 b a n k 0的f l a s h控制器最 低两位的值就确定了 2 设置b a n k 0的f l a s h控制器时必须要注意不能改变 最低两位的值 要能使处理器正确读取启动代码 必须保证处 理器知道存储器的数据总线宽度 3 由于F L A S H的擦除操作都是以块为单元的 而且编 程目标起始地址往往不会是块起始地址 因此在块擦除操作 之前必须先将欲擦除块的内容先保存起来 然后根据要编程 的内容覆盖这个块的相应内容 最后将这个块的内容用编程 命令固化到F L A S H的目标块当中 参考文献 1 2 3 4 5 6 D e s i g no f S R A Mf o r E mb e dD i g i t a l S i g n a l s S y n t h e s i z e r S U NY o n g l i n G u a n g d o n g C o m m u n i c a t i o n P o l y t e c h n i c G u a n g z h o u 5 1 6 5 0 0 C h i n a A b s t r a c t I n o r d e r t o r e a l i z e S t a t i c m e m o r y i n e m b e d H M S 3 0 C 7 2 0 2 s y s t e mo f d i g i t a l s i g n a l s s y n t h e s i z e r t a k i n g t h e f l a s h c o r n E 2 8 F 1 2 8 J 3 A a s m e m o r i z e r t h e f l a s h c o n t r o l l e r w a s i n t e r c a l a t e d i n h m s i n i t s f i l e o f H M S 3 0 C 7 2 0 2 s y s t e m a n d i n i t i a l i z a t i o n o f f l a s h w a s r e a l i z e d a n d t h e d e f i n i e n s o f m a c r o c e l l w a s d o n e i n f l a s h c f i l e t h e p r o g r a m m e o p e r a t i o n i s r e a l i z e i n F l a s h K e y w o r d s e m b e d m e m o r i z e r F L A S H E 2 8 F 1 2 8 J 3 A 王俊州 阎勤劳 李 磊 等 基于Wi n C E N E T车载导航的L E D驱动 开发 J 微计算机信息 2 0 0 7 2 2 8 9 9 2 贾志平 张瑞华 嵌入式原理与接口技术 M 北京 清华大学出 版社 2 0 0 5 徐 伟 谭树人 黄浩亮 基于A T 9 1 R M 9 2 0 0的图象采集系统设计 J 微计算机信息 2 0 0 6 1 1 2 1 2 0 1 2 2 阎勤劳 温室移动机器人驱动与控制系统的软件设计 J 农业机 械学报 2 0 0 6 3 8 1 2 0 1 2 0 4 梁冠辉 孙世宇 刘德赞 基于接口数据采集器的远程应用系统世 界 J 微计算机信息 2 0 0 6 2 1 1 1 9 1 2 1 田 泽 嵌入式系统开发与应用实验教程 M 北京 北京航空航 天大学出版社 2 0 0 5 T h eS I N U ME R I K8 0 2 DP L CP r o g r a mmi n ga n dA p p l i c a t i o n C H E NB i n g s e n 1 H UH u a l i2 1 G u a n g x i H y d r a u l i c a n d E l e c t r i c P o l y t e c h n i c N a n n i n g 5 3 0 0 2 3 C h i n a 2 Wa t e r R e s o u r c e s a n d P o w e r D e p a r t m e n t o f N a n n i n g G u a n g x i N a n n i n g 5 3 0 0 2 3 C h i n a A b s t r a c t T h e d e s i g no f P L Cp r o g r a mo f n u m e r i c a l c o n t r o l s y s t e mi s t h e m o s t i m p o r t a n ta n dk e y s t e pi nt h e i n s t a l l a t i o na n dd e b u g g i n g