Sinumerik 808D数控车床PLC连接与调试（含CAD图纸）
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808D数控车床PLC连接与调试（含CAD图纸）
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目 录第一章 绪论 11.1 前言 11.2数控系统地发展 11.3本设计主要任务 2第二章SINUMERIK 808D概括 42.1 SINUMERIK 808D简介 42.2 SINUMERIK 808D组成部分 4第三章 数控系统的机构组成 83.1 数控系统的结构原理 83.2数控系统CNC的组成 8第四章 数控车床PLC的机构组成和工作原理114.1 数控机床PLC的形式114.2 数控车床PLC的硬件组成和功能114.3 PLC的工作原理134.4 PLC与数控车床的信息传递14第五章808D电气电路设计155.1 电气控制电路简介155.1.2 电气原理图的要求155.1.3 电气设计的原则155.2 808D电路的设计165.2.1电气集成电路165.2.2 控制系统电路18第六章 PLC的设计206.1 PLC的编程方法206.2 PLC的设计206.2.1PLC设计方法206.2.2PLC程序设计步骤206.2.3 PLC在车床控制的分析216.2.4PLC参数设定216.2.5 PLC机床数据236.2.6 HMI数据246.2.7 NCK数据246.2.8 PLC的输入输出地址256.3 PLC控制部分设计276.3.1 主轴程序设计276.3.2 主轴和进给轴的控制程序286.3.3 机床冷却系统控制程序306.3.4带二进制编码功能的刀架程序316.3.5 辅助程序设计336.4 PLC控制部分调试346.4.1 PLC连接356.4.2 安装Programming Tool356.4.3 PLC程序的在线调试366.4.4 PLC用户报警调试36第七章 常见连接的故障的分析和处理397.1 硬件故障397.1.1开机无法进入系统397.1.2 电池报警397.1.3 MCP触摸板不能用397.1.4 RS23传输故障407.1.5主轴故障407.1.6主轴编码器故障417.2 PLC故障417.2.1 报警提示700013417.2.2 报警提示 700017417.2.3 报警提示 700022427.2.4故障提示700025427.2.5故障提示700024427.2.6故障提示 70002842总结43参考文献44致谢45 摘要数字控制技术作为机械自动化的一个重要方面，随着科学技术的进步数控技术在国民的生产中占据着越来越重要的地位。PLC作为机械自动化的一个重要组成部分由于PLC的适用范围广、操作简单的特点使其在机械生产中扮演着越来越重要的地位。数控车床是按照用户的设定程序命令来实现对待加工元件的加工操作。数控车床具有很高的操作性和加工自动性。数控技术是新兴技术的代表，世界各国信息产业、生物产业和航空技术等工业广泛采用数控技术用来提高制造技术水平和能力提高对市场的适应能力和竞争能力，因其重要性被列为国家的战略物质，大力发展数控技术是提高国家综合竞争力的途径。伴随着机械制造生产中单件小批量的增多和国防工业部门对零件加工要求提高，形状复杂工序麻烦工件越来越多人们对工件的要求也在增高。为此，迫切需要一种灵活的、通用的柔性化自动化机床或者生产线这就是数控技术。数控车床由于生产所承担的任务，可以知道PLC控制来控制机床的主要动作，信息化的快速发展促使数控车床技术也在发生着快速的进步，传统意义上的数控车床已经不能满足人们日常生产生活需要。因此，就对我们的数控车床技术提高。PLC可编程控制器因为其强大功能和极强的抗干扰性已经成为人们设计机床时首要的选用元件。本设计以加强PLC与数控机床之间联系而进行。数控系统与PLC的连接、PLC程序设计是本设计的核心部分。本次设计在进行设计主要面临问题有：解决数控车床CNC系统和PLC的分析；PLC输入输出地址的分配，依据机床的控制要求合理的分配出PLC的输入输出地址，PLC的输入信号一般是继电器，输出信号一般是小型中间继电器和指示灯；PLC外围电路设计可以分为按钮开关与PLC输入电路的连接，指示灯继电器与输出电路的连接；对于PLC参数设定部分主要可以分为：地址范围和MCP信号、用户报警和PLC机床、HMI、NCK数据；PLC控制框图设计可以分为：主程序的设计、数据交换程序、初始化程序、冷却和润滑程序。根据上面叙述本毕业设计主要强调SINUMERIK 808D数控车床PLC的连接与调试主要分为以下几个部分：数控车床CNC系统和PLC的功能分析。PLC的输入输出地址的分配，外围电路的设计。PLC参数设定。PLC控制框图的设计。PLC控制系统的调试。常见连接故障的分析与处理。通过本次设计应该达到要求：了解数控车床与数控系统的发展历程，了解数控系统的发展的阶段；熟悉数控车床的各部分元件主要包括机械部分、电气控制部分、PLC控制部分；提高CAD软件使用能力；熟悉PLC的控制编程和PLC的模拟仿真，做到可以独立完成PLC程序的编写以及常用的PLC软件的软件仿真应用，了解常见的数控车床连接时存在问题和问题处理方法。关键词：SINUMERIK 808D; PLC; 连接; 调试AbstractNumerical 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 users 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 cant meet the needs of the Peoples 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 debuggingMainly 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沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论第一章 绪论1.1 前言 数控技术作为上世纪发展起来的机床控制技术，随着科学技术的不断进步，数控技术这个新兴的技术在机械制造方面的应用越来越广泛，数控技术的使用推动了机械制造业的不断进步。近年来伴随着我国科技的发展人民生活水平提高，人民对于产品的精度要求也有了进一步的要求，也就要求我们的我们技术生产水平能跟上人们要求。而数控技术在加工方面优越性无疑可以满足人们的需求。数控技术是通过对数字信号的分析处理来指导计算机来完成对机械加工过程的可控操作。1.2数控系统地发展第一台现代意义上的数控系统是在1952年麻省理工学院为美国军方研制的，数控系统自其诞生之后就呈现出强大的生命力。伴随着信息产业革命推动的计算机技术的创新与发展，以计算机为基础的数控系统也经历了几个发展阶段：电子管式、立式晶体管式 、小规模集成式、大规模集成式、微型计算机式、微机式的数控系统。近年来数控系统向着人工智能化的方向发展小巧方便功能趋于完善是未来数控系统的发展方向。 计算机技术的飞速进步推动数控机床技术的向前发展通用性、柔性、并向智能化网络化的发展方向。现在，越来越多的数控系统被研发使用，但是，归根起来也就四种类型的数控系统在工业领域使用最为广泛：（1）传统型的数控系统，作为一种传统式的数控系统由于价格低廉使得其在数控系统领域还占有一些市场。（2）“PC”嵌入式，这类数控系统的核心还是以传统数控系统为中心的NC数控系统功能强大。（3）NC嵌入PC式，这类数控系统对运动具有很强的控制性，其本身作为一个可以操作的数控系统足以满足用户需要。（4）新型数控系统，开放式的数据结构灵活多选的实用性，以window为平台结合CNC内核而孕育而生的新型数控系统是当代数控系统的发展必然趋势。新型数控的发展理念使得各数控系统制造商花大力气研究。在众多的公司中西门子因为其先进的生产理念获得了人们的一致好评。西门子数控系统是西门子子集团旗下自动化与驱动集团的产品，西门子数控系统SINUMERIK发展了很多代。目前在市场上应用广泛的有802、808、810等几个类型。继1973-1981年西门子提出了微型计算机与微机处理相结合新型的设计理念，并以此理念为蓝本设计出了SINUMERIK 550系统，值得一提的是，PLC被集成到了控制其中也许是这个系统中的最大亮点。1984-1994年西门子推出了SINUMERIK 840C系统，这个系统中西门子一改往日作风开放NC数控自定义功能，公布了PC和HMI开放式软件包。2012年6月12日，西门子在中国国际机床工具展览会上正式向全球发出SIUNMERIK 808D首次完全由中国发起，面向全世界，SINUERIK 808D成为西门子工业向新兴进军的新武器。在国外数控系统如火如荼的发展时，我国国内数控系统也取得了一些进步先后建立了广数等一些数控系统生产厂。五轴联动的数控加工技术使我国步入先进数控系统生产国家。1.3本设计主要任务根据SINUMERRIK 808D的车削的系统数据，掌握整个数控系统的组成和控制对象的电气组成。运用绘图软件完成对SINUMERIK 808D电气原理图的绘制。设置SINUMERIK 808D的PLC程序。安装PLC工具实现对PLC的调试测试。PLC控制系统的调试。常见连接故障的分析与处理。47沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章SINUMERIK 808D 概括第二章SINUMERIK 808D概括SINUMERIK 808D 是西门子公司2012年推出的一款面向全世界的数控系统，该系统价格低廉、性能稳定一经上市就受到大家的一致认可。以SINUMERIK 808D系统为核心的数控车床和数控铣床不仅广泛的应用在企业的生产中而且在高校的教学中也有很强的应用性。2.1 SINUMERIK 808D简介SINUMERIK 808D系统是针对铣床和车床的数控产品。对车床来说，该产品可以控制机床的三个轴，包括通过两个脉冲驱动接口SINAMICS V60连接的两个进给轴和一个通过模拟量主轴接口连接的主轴。相对于车床来说对于铣床，该产品可以控制四个轴，其中包括三个通过脉冲与SINAMICS V60 连接的三个进给轴和一个由通过模拟量实现连接的主轴。人性化的设计理念SINUMERIK 808D的一个亮点，集成与SIMATIC S7-200的PLC最大可以实现72点的输入和48点的输出，体积小功能强大使得这款数控系统应用广泛。2.2 SINUMERIK 808D组成部分(1）SINUMERIK 808D PPUSINMERIK 808D车削是基于操作面板的控制系统，因此808D的PPU是以7.5英寸的彩色LED为显示屏，PPU板如下图2-1，配置了机械按键的808D在使得输入的更加舒适化之外还使操作控制更加的简单快捷。前置的USB接口和图形化的SINUMERIK 数控系统编程，使得程序的编写、修改变得简单可视化。图2-1 SINUMERIK 808D PPU(2）SINUMERIK 808D 机床控制面板采用了机械按键式的SINUMERIK 808D的机床控制面板功能分区清晰、操作简单方便，控制面板如下图2-2，使得其在车床和铣床上都可使用。在面板上39个按键中有30配置了LED使得操作显得更加人性化，其中的方向键，用于控制机床的移动。除此之外带有15个档位的主轴倍率开关使得主轴的控制更加简单易行；另外进给运动也有18个档位控制。为了避免操作中的意外发生控制面板上还添加了用于急停的控制按钮，使得机床在加工过程中安全性得到很大提升。图2-2 SINUMERIK 808D机床控制面板(3）伺服驱动器SINUMERIK 808D的伺服驱动器SINAMICS V60，如图2-3所示，紧凑型单轴驱动模块，使其把整流单元、逆变单元和控制单元集于一体，集成电机抱匣端子使其拥有200%过载能力，此外还设有报警继电器。图2-3 SINUMERIK 808D 伺服驱动器刀架控制器 刀架控制器是经济型的四方位简易刀架。其结构简单，使用方便易于操作。四个刀位都可以加持刀具，每个刀位的夹角是九十度，刀架的转动由程序指令控制。当刀架接收到来自系统的刀具信号后发生动作完成换刀。(5）接线孔X1电源接线孔用于连接24V负载电源；X2 RS232接线孔连接D型插座；X3到X5系统接孔，用于连接增量编码器。(6）其他构件除了上述构件外SINUMERIK 808D 还包括主轴电机、主轴编码器、1FL5进给伺服电机、直流+24V电源一块，另外还包括选用件手轮，如图2-4给出了SINUMERIK 808D结构图：图 2-4 SINUMERIK 808D结构图沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 数控系统的机构组成第三章 数控系统的机构组成3.1 数控系统的结构原理数控系统作为一种程序控制系统可以逻辑完成外界输入的程序编码指令，通过对指令的分析处理可以指导车床根据程序加工完成图纸要求的零件。这种依靠程序控制完成机床运动的控制系统我们称之为数控系统简称NC，而以计算机为中心的控制系统就称作CNC。3.2数控系统CNC的组成(1）操作面板 操控面板是数控车床的特有元件为机床操作人员与数控装置进行信息交流的平台，其上的显示器和按键方便了操作人员的操作，状态栏指示灯显示车床的当前工作状态。使得加工操作进程一目了然。操作面板可以分为三个区域：左上部分为输出显示区，右边是MDI操作区，下半部分是控制操作区。程序操作区可以完成程序模块的选择以及加工程序的输入编辑。控制操作区可以实现机床的各种运动控制，加工过程的控制也有此部分完成。(2）控制介质与输入输出设备控制介质作为一种媒介它可以记录零件加工程序。CNC系统与外部设备进行信息交互要通过输入输出设备完成。输入输出设备可以将控制介质上的加工程序输入CNC系统，另外输入输出设备也可以将车床的加工程序输出保存。数控系统中除了输入输出设备可以进行信息的交互还拥有通讯方式可以满足信息的交换。这些技术可以实现CAD/CAM的集成、CIMS、FMS的基本技术，通常我们使用的方式有：自动控制专用接口、串行通信技术和网络技术等。(3）CNC装置CNC是整个数控系统的核心所在，CNC装置由计算机系统、PLC接口板、置控制板、通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软组成。CNC对输入的要加工的零件程序完成逻辑分析处理，插补计算等然后控制机床的各个执行部件进行有条不紊的运动，这些工作是由CNC装置内硬件和软件的配合来完成的。CNC通过编译和破解加工程序来完成对机床的控制操作。CNC装置一般可以完成以下基本功能：S代码（主轴的转速功能）、T代码（刀具功能）、XYZAB代码(坐标控制功能)、G代码（准备功能）自我诊断功能等。另外还有一些选用功能，其中包括刀具半径补偿功能、固定循环功能、人机对话功能图形显示等功能。由于机床的类型不同在CNC系统上存在一些不同。(4）伺服驱动装置 伺服驱动装置也叫做伺服系统，作为机床本体和CNC装置的连接环节，来自CNC的指令信号经过该装置的调节、转换、放大后控制机床的伺服电机，经过执行部件来控制机床的操作，完成工作台的定位并驱使刀具和工件按照程序设定轨迹运动，进而加工出符合图纸要求的工件。伺服驱动装置的前馈控制、数控功能、静态补偿、控制模型等都是由微型处理器控制软件的运作控制的，这些技术的使用使得伺服驱动装置的性能更加优越。伺服驱动装置按照CNC装置给出的信号正确的驱动机床的终端处理部件的工作。数控机床的伺服装置包括伺服单元、驱动装置。驱动装置分为主轴驱动和进给驱动，主轴驱动由主轴电机提供，进给驱动则有进给电机提供。(5）测量装置测量装置用于闭环或半闭环的系统来完成位置和速度的测量，实现进给伺服系统的闭环控制，它的存在保证灵敏、准确地跟踪CNC指令，并于CNC装置的信号进行对比分析若两信号间存在差值则驱动控制机床部件的移动来减小消除偏差。霍尔元件检测元件、光栅、旋转变压器、是目前常用的检测装置。(6）可编程控制器在数控系统中不仅有进行轮廓轨迹控制、点位的控制。还有对控制主轴的启动和停止、刀具的更换使用、切削液的开关、工作台的夹紧与松开的开关，而这些开关的控制需要可编程控制器的使用。如下图3-1给出数控系统组成图。图3-1 数控系统组成沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 数控车床PLC的机构组成和工作原理第四章 数控车床PLC的机构组成和工作原理数控车床采用自动控制技术，其工作是在自动控制下自发进行的，机床的控制部分主要可以分为两种类型：一种是实现对机床坐标轴的控制即机床坐标轴的移动等动作。第二种就是机床需要通过PLC来完成的操作。作为机床重要的控制部分PLC主要完成主轴起停转向，冷却，液压润滑，刀具等部分的操作。4.1 数控机床PLC的形式PLC在机床应用主要可以分成两个类型：实现机床顺序控制的内装型，另一种PLC独立于CNC装置存在可以独立完成控制任务的独立型。独立型PLC也叫作通用型PLC，作为一个独立的PLC一般使用中大型的PLC，采用模块式结构安装方便可以用于大规模的集中控制。内装型PLC是从属于CNC装置存在的，简单来说就是CNC装置具有PLC的功能。因为PLC从属于CNC所以在制造时就作为一个整体完成因此其机构就显得紧凑但PLC的针对性强，内装型的PLC使的CNC装置拥有一些PLC的功能，使CNC和PLC两个装置可以优势互补。4.2 数控车床PLC的硬件组成和功能 与一般计算机一样可编程控制器也需要软件部分和硬件部分，不过与普通的计算机所不同的是PLC的输入输出端口是为了方便和工业控制接口相匹配而专门设计使用的。CPU、存储器、电源和接口是PLC组成中不可或缺的重要部分。(1）中央处理单元（CPU）中央处理单元（CPU）有控制器、运算器和寄存器这些元件都集成一个芯片上，而CPU所做的工作就是将指令从存储器中读取、执行、顺序取、处理等。根据采用的CPU的不同可编程控制器可以分为三大类：微处理器、单片机芯片、位处理器。(2）存储器存储器作为可编程控制器的数据存储元件，其主要是存储系统程序、用户自定义程序和各种运算数据。根据存储类型的不同存储器可分为只读存储器（ROM）和可写存储器（RAM），ROM是由厂家所完成的用户只能读取数据，RAM使用户可以自己定义更改数据。(3）I/O接口作为外部设备和PLC进行信息交流的桥梁。输入端口可以检测接收外部设备的信号，输出端口可以将主机处理的结果传送给外部设备，实现各个部分的操作。运用光电耦合电路可以减少电磁信号的干扰。(4）电源 PLC的电源为CPU、存储器、I/O接口等提供工作所需的稳压电源，电源有三路输出。(5）编程器 编程器是PLC的重要外接部分可以开发、调试、运行程序，也可以用来监视PLC的工作状态。(6)通讯接口 通讯接口是PLC的最基本的配置元件一般采用标准串行口，特殊的就采用以太网接口。如图4-1给出PLC硬件结构框图：图4-1 PLC硬件结构框图4.3 PLC的工作原理PLC在通电后经过对软件和硬件初始化后，PLC接收各信号后，开始处理信号。PLC采用循环扫描的方式完成任务处理，PLC的工作方式包括：内部处理、通讯操作、输入处理、程序执行、输出处理五个工作周期，PLC的工作过程是一个周而复始的过程，一个周期接着一个进行。（1）内部处理每次PLC执行用户程序前都会进行自我诊断程序，自我诊断的部分包括I/O接口、存储器、CPU等，当检测正常时继续扫描异常情况时就停止扫描。（2）通讯操作 PLC将接收到的信息请求做出相应处理，并且把处理的结果发送给编程器，编程器在接到结果后进行显示，当PLC检测到来自计算机的通讯信号时也要在通讯操作的阶段内完成数据的接收和输出操作。（3）输入处理 在此阶段PLC将顺序读取输入端的通讯状态并将信息存储在映象寄存器里，完成输入寄存器的刷新工作将进入程序的执行阶段。在程序处理阶段输入映象寄存器不回因为输入信号的改变而改变，输入映象寄存器只有当下一个周期的信号到来才会被更改。（4）程序执行 这个阶段根据梯形图进行先左后右，先上后下逐句扫描的循环扫描的原则执行程序。当执行到跳转命令时就进行跳转，这个阶段PLC读取信号根据用户编写的程序进行逻辑运算。（5）输出处理 程序执行处理后将会被输出到锁存器中，再经过处理向外界输出发送控制信号，促使外部负载运动。在PLC的运行状态只可以对程序进行执行操作，在停止状态用户可以对程序进行编制和修改。如图4-2给出PLC过程示意图：图4-2 PLC过程示意 4.4 PLC与数控车床的信息传递PLC与数控车床的连接传输类似于电路的连接方式，信息交换对于车床的正常运作意义重大，PLC与机床信息交流有四个部分：（1）机床侧传递给PLC 机床侧传递给PLC的信息主要有面板上的控制信息，可以分为机床的启动和停止、选择工作类型、倍率的选择切削液的开和关进给系统运行准备信号等开关量信号。这些信号占用的地址可以由机床设计生产厂家设计确定。（2）PLC至机床PLC到机床的信号是用来控制机床的执行元件的，主要有接触器、电磁阀、等确保机床运动部件状，这部分信号使用的地址由机床的设计者给出。（3）CNC到机床的信息主要包括M、S、T、F等功能代码。CNC可以直接将信息送至PLC这些开关量和物理地址由CNC的厂家提供。T代码 进行自动刀具交换F代码 完成坐标轴的进给倍率输出（4）PLC到CNC送至CNC的信息是开关信号或寄存器完成的，控制器的工作是由梯形图的程序来决定的，数控装置根据输入的信号的性质来完成机床操作控制。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 808D电气电路设计第五章808D电气电路设计5.1 电气控制电路简介电气控制电路图主要有电气原理图，元件布置图，电气装配图和接线图等组成。在设计电器电路图时应该注意电器元件的技术参数和技术指标的要求。5.1.2 电气原理图的要求（1）电气原理图一般可以分为主电路图和辅助电路图：主电路部分主要是指从电源出发到电动机这两端的电路图。辅助电路主要包括控制电路、照明电路、信号电路等。（2）为了使电气原理图方便阅读查看，电路图中的电器元件布制尽可能的合理化均衡化图看来简单大方。电器元件按照水平放置原则，布局顺序最好为先上后下，先左后右，类似目录要整齐。（3）图中直线有相交的地方要用黑色实心点表示出。5.1.3 电气设计的原则 产品的不同导致电气控制方案也不同，但是设计的原则和方法大同小异首先要有正确的设计思想，电气控制有以下几点：（1）最大限度地满足控制要求 所有的设计的目的都是以满足设计要求为目的充分发挥控制系统功能是设计的重要准则。（2）保证系统可靠安全 设计控制的另一个重要准则保证电气系统正常、可靠、稳定的工作。（3）设计合理的方案 在满足设计前提的条件下设计方案尽量简单不，要注意降的设计成本。如下图5-1给出的机床电气设计步骤： 图5-1 机床电气设计步骤5.2 808D电路的设计5.2.1电气集成电路 作为机床的总电路控制部分的总图包含了机床主要的电器电路走向使用集成技术使机床的控制部分整体的显示出来，如图5-2在图中D10表示的是交流电的电源电路，COM1口显示为通向PPU的电路图，COM2口为机床Z轴的接口，P2为机床的脚踏开关，COM3是机床的系统输入输出线路。图中J1-1线路是三项交流电，用来控制电机的工作。电缆W101将来自导轨润滑泵的控制开关的信号、当X轴回参考点时的超程信号、Z轴回参考点时检测信号和润滑油口的检测信号输送出去。P5提供的是220V的电压。图5-2 集成电路图相比上图5-3中主要显示的部分是机床的液压部分和机床的冷却部分图中的P19部分是机床的液压信号部分，液压部分是机床重要的组成部分。P1部分是刀架信号接口主要用来控制刀架，M3是刀架的电机用来为刀架提供动力，M2冷却电机接口，冷却电机主要提供机床冷却时所需要的动力，机床工作时产生的热量大部分需要冷却系统的降温因而冷却部分的电路设计就特别重要。M1是机床的液压电机的接线口机床的液压系统为保证机床的正常工作提供所需的动力。液压电路设计的是否合理将直接影响到机床的主轴能否正常工作和运行。图5-3 电气集成电路25.2.2 控制系统电路数控机床控制电路图如图5-4主要的作用是控制机床的通电和断电，主电路的控制需要经过接触电器和电磁继电阀来控制。其中X53用来控制Z轴移动，Z轴的移动需要经过PLC控制来完成，触电的X53的存在保证了Z轴可以正常的工作。X51是用来控制X轴的移动操作的，其中继电器X51接收来自PLC的控制信号完成X的正常工作。X200是数字量的输入，控制卡盘灯、循环启动灯的打开。X100都为数字量的输出用来控制急停SB1用来控制卡盘动作，SB3是控制进给保持的开关。图5-4 控制系统图沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 PLC的设计第六章 PLC的设计6.1 PLC的编程方法PLC的编写语言不同于一般的计算机语言，它既不同于高级语言也和一般的计算机语言有区别，常用的编写语言有下面几种：（1）语句表（STL） STL文本类型和汇编语言相似，格式为: 指令助记符 （操作数），（操作数）（2）梯形图（LAD）梯形图由于设计机构简单因此成为PLC编程中使用最多的编写语言，梯形图在形式上采用电路图形式，使得程序一目了然，在数字逻辑量的控制方面有很好的使用。梯形图在机构组成上有触点、线圈和具有表示功能的线框构成。其中触点表示输入条件，线圈是逻辑输出的结果，功能块表示附加功能如定时器和计数器。（3）功能图（FBD）功能图类似于数字逻辑门电路的形式，这种方法与门电路一样用方框来表示逻辑关系，用户在方框的左侧逻辑输入在右侧就可以出现逻辑输出。6.2 PLC的设计6.2.1PLC设计方法（1）按照生产的要求对控制来分析要完成的动作操作、选择操作方式分为手/自动、活动周期等。(2)按照控制要求来确定用户的输入输出设备。（3）PLC程序设计。6.2.2PLC程序设计步骤（1）明确设计要求，分析设计过程。（2）根据分析设计梯形图，这步要求有一定的实践基础。（3）检验梯形图设计是否达到设计要求。（4）将写好的梯形图存档保存。6.2.3 PLC在车床控制的分析（1）PLC的T功能代指令数控车床中车床刀具的转换和使用是需要PLC的T代码来实现的，PLC接收来自数控系统的换刀指令，在刀库中找到对应的刀具完成换到操作。 （2）PLC的M功能指令 当我们需要主轴停止时我们可以使用M05，主轴的正向旋转需要借助M03指令来实现，当我们输入M02时程序开始执行。另外对于冷却液的开和关和换刀的准备指令也需要M指令来实现，M指令不能自发完成，每次必须接受来自系统的操作完成信号。（3）PLC的S功能指令S是速度的英文的首写字母，因此S是来代表主轴速度的指令。机床主轴速度指令可以使用两种不同表示方法代码法和直接法。当我们看到S500我们就知道此时主轴的转速是500r/min。6.2.4PLC参数设定我们在设置连接部分后需要对PLC的程序进行调试，经过对PLC的修改调试可以完成控制要求。PLC相关参数如下表6-1：（1）MD14512PLC机床设置表6-1 MD14512PLC机床设置 PLC机床设置MD145120=FFHMD145121=8FHMD145122=B3HMD145123=OFHMD145124=37HMD145125=10HMD145126=00HMD145127=00HMD1451211=89HMD1451212=01HMD1451216=0CHMD1451217=00HMD1451218= 00HMD14512（2）MD14510 PLC机床设置见表6-2表6-2 MD14512 PLC机床设置 PLC机床设置MD1451012=15MD1451013=15MD1451016=0MD1451017=OMD1451020=4MD1451021=10OMD1451022=15MD1451026=23MD1451027=29MD1451030=27MD1451031=25（3）机床轴参数设置见表6-3表6-3 坐标轴参数设置坐标轴参数设置30130X、Z=230130X、Z=330130X、Z=431020X、Z=100030130X、Z=100031600X=3231030Z=631050X=2031050Z=2031600X=3231060Z=2432000X=120032000Z=240032010X=120032010Z=240032020X=100032020Z=150032260X、Z=48036200X=135036200Z=270031350X、Z=8000表6-4 进给轴动态特性设置进给轴动态特性设置35220X、Z=135230X、Z=O32300X=0.732300Z=1.4表6-5 回参考点设置回参考点设置34000X、Z=134010X、Z=O34020Z=100034020Z=200034040X=15034040Z=30034050X、Z=034060X=1034060Z=2034070X=5034070Z=10034080X、Z=234100X=15034100Z=900表6-6 软限位和反向设置软限位和反向设置36100X=-3036100Z=036110X=2003611OZ=120032450X、Z=0表6-7 主轴设置主轴设置30130SP=130200SP=132260SP=170030240SP=231020SP=100035010SP=036200SP=200036300X=30000表6-8 丝杠螺距误差设置丝杠螺距误差设置32700X、Z=0表6-9 螺旋监控设置螺距监控设置31100X=160031100Z=120031110X、Z=10表6-10 机床显示设置机床显示设置206=3207=3208=3210=3216=3217=36.2.5 PLC机床数据表6-11 用户数据写入编号单位说明1451012-运行键布局14510130.1s主轴制动时间1451020-刀具位的最大数14510210.1s刀架锁紧时间14510220.1s查找刀具的监控时间14510241min润滑间隔时间14510150.01s润滑持续时间表6-12 用户数据编号说明1451217位0:刀架（车削）；刀具库（铣削）位1:锁紧功能（车削）位2:尾座功能（车削）位3:选择手轮或手持单元（0：手轮；1：手持单元）1451218机床的特殊配置位2:首次上电后的自动润滑（出厂设置）位4:外部主轴停止的信号位5:主轴定位方向位6:硬限位与 PLC 程序无关位7:每一进给轴均具有一个硬限位开关（位 6 = 0 时被激活）1451219位1:主轴制动功能位2:通过上电删除密码（0：删除密码；1：保留密码）位7:手动加工功能（该功能在您已安装了授权机床系统并通过 PLC 子程序调用其之后有效）6.2.7 HMI数据表6-13 来自HMI的信号编号说明DB1800DBX0.0“自动”运行方式 送至 PLC 的信号 （HMI PLC）边沿触发：有信号状态 1或边沿切换0 1信号状态 0信号不可用于 DB1800 DBX0.7信号状态 1 或边沿切换0 1信号状态 0 或边沿切换1 0信号刷新：周期性 从HMI上选择自动运行方式。 仅一个 PLC 循环能用信号状态 1。 HMI 未选择自动运行方式。信号“禁止运行方式改变”复位在通道期前执行一次复位操作，这时，所有的当前程序均为“中断”状 态。所有运行的进给轴和主轴将沿着它们的加速特性曲线，在不损坏轮廓 的情况下停动。 基本设定值将恢复（如 G 功能）。除了上电报警，其它的报警将被清除。通道状态和程序运行不受该信号影响。6.2.8 NCK数据表6-14 发到NCK的信号编号说明DB2600 DBX0.1信号状态 1 或边沿切换 0 1信号状态 0或边沿切换 1 0急停 发到 NC 的信号 （PLC NCK）NC 切换到急停状态，NC 中的急停时序启动NC 不在急停状态急停状态（仍然）有效，但是可以使用接口信号“急停响应 ” 以及接口信号“复位”将其复位表6-15 来自NCK的信号DB2700 DBX0.1信号状态 1或边沿切换0 1DB2700 DBX2.7信号状态 1或边沿切换0 1信号状态 0或边沿切换1 急停有效来自NC的信号（NCK PLC）NC 处于“急停”状态。NC就绪来自NC的信号（NCK PLC）控制系统就绪。该接口信号反映继电器触点“NC 就绪”。在下列情况下设置该信号：继电器触点“NC 就绪”关闭；控制系统中的所有电压均已建立；控制系统处于循环模式下控制系统未就绪。继电器触点“NC 就绪 ”开启。发生下列故障时取消“NC 就绪”：欠电压与过电压监控功能已响应；个别组件未就绪（NCK CPU就绪）；NC CPU 看门狗若信号“NC 就绪”变为 0，则若可能，控制系统会采取下列措施： 收回控制器使能信号（将驱动停止）； 6.2.9 PLC的输入输出地址（1）PLC地址范围 操作符表6-16 地址范围地址标识符说明范围DB数据DB1000到DB7999DB9900到DB9906T时间T0到T15（100毫秒）T16到T63（10毫秒）C 计数器C0 到C6.3I数字量输入映像I0.0到 I8.0Q数字量输出映像Q0.到 Q5.7M标志M0.0到 M255.7SM特殊状态存储器SM0.0 到SM0.6AC ACCUAC0 到AC3（2）DB范围地址的结构：DB 3801.DBX 1000 .7其中38表示为用户范围其范围地址为10-99，01表示范围编号范围为00-99，1代表子范围其范围值为0-9，000表示偏移范围其范围值是000-999，7是位标号值为0-7.表6-17 地址结构存取示例说明位DB3801.DBX1000.7轴2子范围1中的补偿为0用户范围为38的字节的位7字节DB3801.DBB0轴2的范围0中的补偿为0用户范围为38字节字DB4500.DBW2在子范围0中的补偿2，范围0，用户范围45条件下工作双字DB2500.DB3004子范围3，范围0，用户范围25中的补偿4的双字地址所允许的补偿与存取有关：位或字节存取：任意补偿，字节大小变量无缝地一个接一个放置于DB中。字存取：补偿值必须为2的整数倍，字大小变量始终保存于纵向补偿上。双字存取：补偿值为4的倍数，双字大小变量始终保存在被4整除的补偿上（3）PLC地址分配表表6-18 PLC地址分配表输入信号输入点信号名称I0.0主轴正转I0.1主轴反转I0.2主轴高档I0.3主轴低档I0.4主轴急停I0.5主轴停止I0.6刀架位置码:T1I0.7刀架位置码:T2I1.0刀架位置码:T3I1.1刀架位置码:T4I1.2X轴正限位I1.3Z轴正限位I1.4X轴回参考点I1.5Z轴回参考点I1.6X轴负限位I1.7Z轴负限位I2.0机床急停I2.1冷却I2.2润滑输出信号输出点输出信号Q0.0主轴正转Q0.1主轴反转Q0.2主轴高档Q0.3主轴低档Q0.4主轴急停Q0.5主轴停止Q0.6刀架正转Q0.7刀架反转Q1.0X轴正限位Q1.1Z轴正限位Q1.2X轴回参考点Q1.3Z轴回参考点Q1.4X轴负限位Q1.5Z轴负限位Q1.6机床急停Q1.7冷却Q2.0润滑6.3 PLC控制部分设计程序编写作为PLC控制的重要的组成部分也是最难得部分，这部分不仅要求我们熟悉PLC的知识更要求我们可以灵活的应用和掌握程序编写的正确与否将直接影响机床的性能。PLC程序想要正常的工作离不开PLC程序运行，而作为PLC程序的基础部分梯形图的设计就显得特别重要了。出于方便的原因须将梯形图的设计工作分为：主轴程序、回参考点程序、冷却系统控制程序、带二进制编码功能的刀架程序、主轴和进给轴的控制。6.3.1 主轴程序设计主轴控制程序用于主轴控制，如图6-1，包括主轴制动功能。当制动功能制动时，在手动模式下按下 逆时针转键或顺时针转键，再按下主轴停键，之后主轴就会制动。在自动模式下，当主轴改变旋转方向或下滑时，主轴就会制动。当主轴制动时，相应的输出则会激活；同时，主轴不接受旋转命令，直至完成制动。图6-1 主轴控制程序图表6-19 输入端名称类型说明DELAY WORD主轴制动时长（单位：0.1s）DrvEnBOOL驱动使能SP_EN BOOL主轴动作条件（1：允许；0：不允许）IsBrakeBOOL主轴制动功能（1：启用；0：禁止）表6-20 输出端名称类型说明SP_brakeBOOL主轴制动输出SP_LEDBOOL主轴运行状态 6.3.2 主轴和进给轴的控制程序轴是机床的重要部分，轴不仅用来传递扭力和动力还要配合刀架完成机床对工件的切削加工操作。在机械加工中不仅用到轴的正转也会用到轴的反转，轴的程序就是要完。轴的控制如下图6-2：图6-2 主轴和进给轴的控制程序图表6-21 输入端名称类型说明NODEFWORD 保留字DrvEn_66BOOL 来自于AXIS_CTL（SBR40）的驱动使能信号Drv1_RDYBOOL第1驱动准备信号，保留 1）Drv2_RDYBOOL第2驱动准备信号，保留 1）Drv3_RDYBOOL第3驱动准备信号，保留 1）OPTMBOOL抱闸释放开关（NO），用于驱动优化，保留_1LMTpBOOL第1轴硬限位开关正（NC） 2）_1LMTnBOOL第1轴参考点挡块（NO）_1REFBOOL第1轴参考点挡块（NO）_2LMTpBOOL第2轴硬限位开关正（NC） 2）_2LMTnBOOL第2轴参考点挡块（NO）_2REFBOOL第2轴参考点挡块（NO）_3LMTpBOOL第3轴硬限位开关正（NC） 2）_3LMTnBOOL第3轴参考点挡块（NO）_3REFBOOL第3轴参考点挡块（NO）_4REFBOOL备用 注解：（1）SINUMERIK 808D已处理来自SINAMICS V60的驱动准备及报警信号，所以PLC不需要处理。（2）如果只有一个硬限位开关，或使用超程链位时，使用硬限位正作为输入。表6-22 输出端名称类型说明_1BRKBOOL第1抱闸释放输出（高电平有效，保留） 1）_2BRKBOOL第2抱闸释放输出（高电平有效，保留） 1）_3BRKBOOL第3抱闸释放输出（高电平有效，保留） 1）OVlmtBOOL超程输出（任意硬限位有效，高电平输出）注解：（1）电机的抱闸由 SINAMICS V60 驱动自动控制。要想控制轴的正反方向的转动我们就需要用到计时器，计时器的使用可以让我们避免轴刚进行完一个方向的转动后马上进入下一个方向的转动而导致的轴的电机烧毁现象的发生。另外设计程序时要注意轴的两个方向的转动不能同时发生，否则也将产生轴点击毁坏的现象。6.3.3 机床冷却系统控制程序冷却系统的使用是依据加工操作来进行的，当需要进行冷却操作时，按下启动按钮就可对冷却系统进行控制。机床冷却系统控制如图6-3，冷却系统是机床的一个重要的辅助设置。 图6-3 机床冷却系统控制程序图表6-23 输入端名称类型说明C_keyBOOL手动操作键（触发信号）OVloadBOOL冷却电机过载（NC）C_lowBOOL冷却液液位低表6-24 输出端名称类型说明C_outBOOLC_LEDBOOL6.3.4带二进制编码功能的刀架程序 数控机床对工件的精确加工依赖与机床的精确定位也依靠于车床的精确的刀头的定位。在加工时对于一些复杂的加工程序来说很难使用一把刀而完成所有的工序的加工。以往在机械加工中也使用一些方法来完成换刀工作，但这些换刀方式使得精度难以保证，所以就需要有一个好的程序来保证刀具转换时的精度。使用电动的刀架每个刀架上可以有多个刀，按动控制按钮就可以实现对刀架的换到工作，这样在保证精度的也不会降低生产的效率。刀架程序如图6-4：6-4刀具转换程序图表6-25 输入端名称类型说明TmaxWORD刀架最大刀具号Tm_LckWORD刀架锁紧时间（单位：0.1 s）Tm_ChgWORD换刀监控T_1BOOL刀码 A x 1T_2BOOL刀码 B x 2T_3BOOL刀码 C x 4T_4BOOL刀码 D x 8ParityBOOL校验位StrobeBOOL选通位OVloadBOOL刀架电机过载（NC）P_IndxBOOL刀架预停传感器T_keyBOOL手动换刀键（触发信号）表6-26 输出端名称类型说明T_cwBOOL刀架正转输出 CWT_ccwBOOL刀架反转输出 CCWMagentBOOL刀架锁紧输出T_LEDBOOL换刀过程状态显示ERR1BOOL刀架电机过载ERR2BOOL刀架无刀位检测信号ERR3BOOL最大刀具数设置错误ERR4BOOL预停信号查找超时ERR1BOOL锁紧超时 这个程序中使用了数据的比较指令，通过数据的比较指令我们来确定目前刀架的位置指令和需要换到刀头的数值做比较我们可以确定刀架的转动的量的大小。当完成刀具的转换后我们还需要检测指令来确定刀架上的到是否换刀完毕和确定换下的刀精确的放入刀库中，当所有的检测工作都完成后才能进行下一步的操作。6.3.5 辅助程序设计辅助程序中主要有润滑程序的设定，车床的润滑可以减少机床的磨损，以前的一些润滑方式难以满足现在的要求所以就需要设计出满足要求的程序来实现机床的润滑工作，润滑系统程序如图6-5图6-5 润滑系统程序表6-27 输入端名称类型说明LintvWORD润滑时间间隔（单位：1 min）LtimeWORD每次润滑的时间（单位：0.01 s，最大 327.67 s）L_keyBOOL手动润滑键（触发信号）L1stBOOL方式选择：润滑在第一次 PLC 扫描时启动OvloadBOOL润滑电机过载L_lowBOOL润滑液液位低表6-28 输出端名称类型说明L_outBOOL润滑输出L_LEDBOOL润滑输出状态指示 6.4 PLC控制部分调试调试主要有两种方法一种方法是通过在线向导方式进行调试工作，另一种方法不需要在线调试。在线调试工作只要按照调试步骤就可以完成工作，此次调试使用第一种方法进行调试工作具体调试工作如下图6-6流程：图6-6调试流程图上图是调试的主要步骤：主要包括原型机的调试和批量调试工作。 6.4.1 PLC连接当808D数控系统的主要元件连接工作完成后还需要对PLC进行连接，我们在对PLC连接时分别需要用八个卡扣将PPU和MCP安装到指定位置，连接电柜中的元件时我们必须遵守相关的安全标准。连接电缆时需要清楚相关端口和相关接线端子的位置。其中1号接口是X100、X101、X102接线口主要进行数字的输入；2号接口是X200、X201主要是负责数字的输出；3号接口是X21接口是I/O快速接口；4号接口为X301、X302是I/O分布接口；5号接口是手轮的接口；6号接口是主轴编码器接口；7号接口是主轴模拟器接口；8号接口是RS232接口；9号接口是脉冲接口；10号连接MCP，剩余的接口主要负责电源和CF卡槽连接。具体连接图如下图6-7：图6-7 PPU接线图 6.4.2 安装Programming Tool为了实现数控系统和机床的连接必须利用PLC编程工具Programming Tool PLC 802V3.2来实现控制。软件装好后双击桌面上“V3.2 Programming”图标就可以启动程序，程序打开后设置保存路径避免误操作导致的错误。在软件的左面找到相应的程序，双击之后就可以实现对程序的修改，当确保PLC编辑工具连接后，按下通讯标志后进行通讯设置。808D只能用RS232接口进行通讯设置，当电脑上出现“808D PPU14X地址：2”的标志后，连接建立。将编辑好的程序打开就可以实现PLC程序编辑。程序中的为点位蓝色表示接通。6.4.3 PLC程序的在线调试当PLC工具安装好后可以使用在线调试来实现PLC程序的调试，PLC工具可以用来检查PLC的状态和判断逻辑错误。通过观察可以知道硬件的连接正确与否，具体操作说明如下图6-8：图6-8 在线调试6.4.4 PLC用户报警调试PLC的用户报警程序是十分有效的自我诊断方法，SINUMERIK 808D系统提供128个用户，报警变量和报警是相互对应的，而且对于每一个报警都需要进行数据匹配，可以及时的提供帮助信息如下图6-9中，可以利用继电器接触器的辅助接点来实现对冷却电机监控，当电机不工作时就可以提供警报信号。其中I1.0实现的是对KA1的监控，I1.1是对KM2的监控.不同错误有不同的报警。图6-9 冷却电机报警（1）报警响应 PLC停止：当输出用户报警时，PLC探测停止，接口信号“NC 就绪”被禁止，同时所有的输出也都被禁止。急停：用户报警自动激活接口信号“急停”。对所有轴禁止进给：用户报警自动激活接口信号“Feed disable”。读入禁止：用户报警自动激活接口信号“禁止读入”。禁止NC 启动：用户报警自动激活接口信号“禁止NC 启动”。唯一显示：输出报警时无任何响应。仅显示报警编号和报警文本。（2）取消方法 当出现上述警报时SINUMERIK 808D提供了三种取消方法：上电后进入RUN 方式：消除报警条件后，重新启动数控系统清除报警。 PPU 上的键或者MCP 上的键：消除报警条件后，通过按键或者键清除报警。自动取消：消除掉报警条件后，用户报警自动消失。（3）PLC报警文本的编辑 808D数控可以使用HMI来编辑PLC用户报警文本：按上档键和系统诊断键按软件选择PLC。按“编辑PLC报警文本”键。使用上/下方向键来定位目标报警文本：按“编辑文本”，然后输入您定义的文本内容：按“确认”键确认输入。（4）激活PLC报警 激活PLC 用户报警数控系统提供128个PLC用户报警。每一用户报警均具有一个对应的NCK 地址。将一个地址值设置为“1”则激活其对应的报警，而将其复位为“0”则取消该报警。同时，每个报警也对应一个64位的报警变量。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第七章 常见的连接故障的分析和处理第七章 常见连接的故障的分析和处理SINUMERIK 808D系统经过调试结束后就可以使用，但在使用过程中也会发生一些故障。这些故障主要有两大类一类是由于硬件引起的故障，另一类则由PLC导致故障。7.1 硬件故障这一类的故障大都是因为硬件存在问题而导致故障的出现。7.1.1开机无法进入系统故障描述：当车床上电后没办法进入操控系统，经常见到现象为屏幕显示为黑屏没有任何提示信息。故障分析处理：出现这种情况首先要检查PPU上的电源指示灯是否亮起，如果指示灯亮就断电情况下检查CF卡是否插紧，然后重新上电查看故障是否解除。若故障依旧存在，则很有可能是系统主办损坏需要进行更换或维修；若指示灯不亮，则检查PPU后面X1电源口是否有松动再有检查24V端子的通电情况，检测完上述情况后。如故障依旧存在，就可能是主板引起的问题，需要考虑更换主板。7.1.2 电池报警故障描述：系统提示电池报警故障分析处理：当系统提示电池报警时，就表示系统的电池电量存在不足需要在上电的情况下将电池取出并更换。若提示为002100就表示电量不足应在六周之内对电池进行更换；如提示为002101就应该立即更换电池，此时的电池电量已经用尽。7.1.3 MCP触摸板不能用故障描述：（1）上电以后MCP板没有任何反映所有的状态提示灯都没有操作不能进行；（2）上电后MCP板上的所有的指示灯不停闪动。故障分析处理：检查MCP与PPU之间的连线连线是否断开；连接线是否存在连接不良或连接线损坏。然后在分别检查PPU后侧的X30和X10接口是否存在接触不良的现象，如上述情况不存在问题就可能是系统PPU或MCP损
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