【導讀】設計地點：工程實訓中心07號樓。畢業(yè)設計說明書（論文）中文摘要。目前我國已成為世界數控機床最大的生產國、進口國、消費國，數控機。床在我國國民工業(yè)經濟的各個領域尤其是高科技領域發(fā)揮了重要的作用。文主要介紹了數控立式車床電氣控制系統(tǒng)設計，數控立式車床是一種自動化。程度高，結構復雜且又昂貴的先進加工設備，主要用于加工徑向尺寸大而軸。向尺寸相對小的重型及大型工件。設計采用SINUMERIK802DSL數控系統(tǒng)，SINUMERIK802DSL數控系統(tǒng)。有效實現了的X軸和Z軸聯動控制,本課題數控電氣控制系統(tǒng)的設計內容主。要包括數控電氣控制系統(tǒng)組成及連接、數控系統(tǒng)中PLC程序的設計及調試、關鍵詞：802Dsl數控系統(tǒng)；伺服電機；PLC；立式車床；

　　

【正文】 802D 數控系統(tǒng)電氣圖 802D SL 數控系統(tǒng)簡介 SINUMERIK 802D SL是一款結構緊湊的控制系統(tǒng)，它將數控系統(tǒng)中的所南京工程學院工業(yè)中心畢業(yè)設計說明書（論文） 29 有模塊 (CNC , PLC 和 HMI)都集成在同一控制單元中。采用 SIEMENS 公司全新設計的驅動技術，這種新的驅動技術提供 DriveCLiQ 接口，與 SINAMICS S120 驅動器實現簡便、可靠、高速的連接通信?？稍谲囅?、銑削、磨削和沖壓等各種機床中應用。使用 CF 卡與 USB 接口，可以進行快速的程序執(zhí)行與數據讀寫，內置以太網與高速 I/O 接口，輕松擴展。無硬盤， 無電池，無風扇，采用長壽顯示屏光源，無需日常維護。 SINUMERIK 802D solution line 相對于 802D 在性能上有許多的改進，將PCU 與驅動控制系統(tǒng)集成在一起控制，可與全數控鍵盤（垂直型或水平型）直接連接，最多可以連接 3 塊 PP72/48 I/O 模塊，提供 216個數字輸入和 144 個數字輸出。采用 SIEMENS 公司全新設計的驅動技術，這種新的驅動技術提供Drive CLiQ 接口。 802D SL 數控系統(tǒng)連接 DC 電源連接 在 802Dsl 系統(tǒng)連接部件中，需要 24V DC 電源供電的部件有 PCU 單元的X4 接口和兩塊 PP72/48 模塊的 X1 接口，插頭上已經標明了 24V、 0V 和 PE（接地）。 24V DC 電源一般直接選用開關穩(wěn)壓電源供電，為了提高系統(tǒng)的可靠性，可使用兩個獨立的 24V 直流電源，一個用于 802Dsl 的 PCU、 PP72/48 和輸入信號的公共端，而另一個電源為 PP72/48 的輸出信號供電（接 X11 X22X333 端子的 47/48/49/50）。兩個 24V DC 電源的“ 0V”應連通。 現場總線的連接 SIEMENS 802Dsl 是基于 PROFIBUS 總線的數控系統(tǒng)， PCU（面板控制單元）通過 PROFIBUS 總線和 PP72/48 伺 服 驅 動進 行 數據 交 換 和監(jiān) 控 , PROFIBUS 總線為串行連接 ,PCU 為 PROFIBUS 的主設備 ,每個 PROFIBUS 從設備（ PP72/48 和 S120 伺服驅動器）都具有自己的總線地址，如圖 所示，設備的總線地址不重，復即總線上不可出現兩個相同的地址。 圖 總線連接 南京工程學院工業(yè)中心畢業(yè)設計說明書（論文） 30 手輪亦稱為手搖脈沖發(fā)生器， 802Dsl 的手輪 (可接二個電子手輪），連接至PCU 的 X30。 鍵盤的 連接 802Dsl 可以選用水平或垂直的鍵盤，連接時用所提供的電纜與 PCU 連接，用帶彎角的插頭將 PCU X9 接口與鍵盤相連即可。 如下圖 所示。 機床控制面板 6FC53030AF301AA0 用于 MCPA 配套，機床控制面板不與 PCU 單元直接相連接而是通過 PP72/48 模塊的插座 X11 X222 分別與機床控制面板的 X120 X1202 接口連接，如下圖 所示。 6. 機床外部 I/O 點的連接 由于 PP72/48 的 I/O 插座 X11 X22 X333 是 50 芯的針腳，所 以其要與外部相連時必須通過端子轉換器才可以連接。 圖 802D SL Value 連接總圖 南京工程學院工業(yè)中心畢業(yè)設計說明書（論文） 31 數控系統(tǒng)驅動器連接 SINAMICS S120 是西門子公司新的一代驅動系統(tǒng)， S120 驅動系統(tǒng)采用了比較先進的軟硬件技術以及通訊接口技術 [2]。 SINUMERIK 802D solution line 分類 分為 value、 plus 和 pro 3個版本。本課題設計采用 SINUMERIK 802D SL value。因此，采用 SINAMICS S120 模塊式驅動器， 適用于常規(guī)金屬切削，如標準型數控車床、 數控銑床。如圖 所示。 圖 驅動器與電機連接圖 南京工程學院工業(yè)中心畢業(yè)設計說明書（論文） 32 第四章 數控立式車床控制面板設計 數控立式車床控制面板概述 操作面板是操作人員與數控機床之間進行信息交換的接口，它是隨著信息技術的發(fā)展不斷進化的。好的操作面板具有美觀易懂、經濟適用、操作簡單等特點，同時還具有引導操作和提高效率等功能。 數控車床的操作面板由機床控制面板和數控系統(tǒng)操作面板兩部分組成，下面分別作一 一 介紹。 機床控制面板 機床控制面板上的各種功能鍵可執(zhí)行簡單的操作，直接控制機床的動作及加工過程 。 數控 系統(tǒng)操作面板 由顯示屏和 MDI 鍵盤兩部分組成，其中顯示屏主要用來顯示相關坐標位置、程序、圖形、參數、診斷、報警等信息；而 MDI 鍵盤，包括字母鍵、數值鍵以及功能按鍵等，可以進行程序、參數、機床指令的輸入及系統(tǒng)功能的選擇，各功能鍵的作用如 圖 、 所示。 圖 機床控制面板 MCP 南京工程學院工業(yè)中心畢業(yè)設計說明書（論文） 33 圖 802D 水平鍵盤 輔助操作面板設計 根據設計要求設計 輔助操作面板，以及各個按鈕的功能運動，如圖 。 ⑴ 電源 ：轉動鑰匙開關， SINUMERIK802D 系統(tǒng)上電，系統(tǒng)開始工作。 ⑵ 橫梁上升：按下此鍵，如果處于 JOG 方式，而且梁可以移動則按鈕指示燈亮，橫梁鎖緊閥松開，松開到位時橫梁上升，遇到上限位開關橫梁停止上升。 ⑶ 橫梁下降：按下此鍵，如果處于 JOG 方式，而且梁可以移動則按鈕指示燈亮，橫梁鎖緊閥松開，松開到位時橫梁下降，遇到下限位開關橫梁停止下降 南京工程學院工業(yè)中心畢業(yè)設計說明書（論文） 34 ⑷ 液壓：系統(tǒng)啟動時，液壓電機自動啟動，指示燈亮。按下此鍵，液壓電機停止，指示燈 滅。再按下此鍵，液壓電機啟動，指示燈亮，如此循環(huán)。 ⑸ 正向、反向：回轉工作臺運行方向，順時針和逆時針轉動。點動：回轉工作臺點動工作方式。 ⑹ 變速：機床工作臺變速是液壓轉閥采用機械手輪操作達到有級變速，在電氣控制方面只完成通過電氣控制液壓系統(tǒng)，解除變速鎖桿對齒輪的鎖緊。 ⑺ 制動：接通制動電源得電源直流供電回路，進入能耗制動狀態(tài)。 ⑻ 啟動：工作臺穩(wěn)定運行方式，自動完成星形到三角形切換。 ⑼ 停車：工作臺停止 ⑽ 手持單元操作：在 JOG 方式時，在使用時請選擇手輪倍率，選擇坐標軸，并使用點動按鈕和電子手輪 ⑾ 油泵：按下此鍵，伺服驅動就緒，伺服電機上電，指示燈亮，數控系統(tǒng)進入正常工作，再按一次，指示燈滅，伺服未就緒，伺服電機未上電。當伺服系統(tǒng)急停等報警時，請先按 Reset 按鈕消除報警后 ,按伺服使伺服系統(tǒng)就緒。 ⑿ 手輪軸選擇：與 MCP 面板的手輪倍率選擇和手輪配合，在 JOG 方式下采用手輪進給。 輔助操作面板操作 MPG 手持單元 MPG 手持單元由手搖脈沖發(fā)生器坐標軸選擇開關組成用于手搖方式增量進給坐南京工程學院工業(yè)中心畢業(yè)設計說明書（論文） 35 標軸。 圖 手輪 南京工程學院工業(yè)中心畢業(yè)設計說明書（論文） 36 第五章 PLC程序設計 PLC 的基本結構和基本工作原理 PLC 的基本結構 可編程控制器主要由 CPU 模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成，如圖 所示。 圖 PLC 的組成框圖 (1)CPU 模塊 CPU 模塊又叫中央處理單元 或控制器，主要由微處理器（ CPU 芯片）和存儲器組成。他采用掃描工作方式，實現采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出，存儲程序和數據，診斷系統(tǒng)自身故障等功能，并響應外部設備（如編程器、電腦、打印機等）的請求以及進行各種內部判斷等。 (2)I/O 模塊（ PP72/48） I/O 模塊稱輸入 /輸出模塊，是聯系 CPU 模塊和外部現場的橋梁。 PLC 通過輸入模塊用來接收和采集輸入信號。輸入信號有兩類：一類是開關量輸入信號從按鈕、選擇開關、數字撥碼開關、限位開關、接近開關、光電開關、壓力繼電器等；另一類是模擬量輸入信號由電 位器、熱電偶、測速發(fā)電機、各種變送器提供的連續(xù)變化的。 PLC 通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調節(jié)閥、調速裝置等執(zhí)行器，可編程序控制器控制的另一類外部負載是指示燈、數字顯示裝置和報警裝置等。 輸入模塊C P U模塊輸出模塊可編程序控制器編程裝置接觸器電磁閥指示燈電源 電源 限位開關選擇開關按鈕 編程器等外設 擴展 I/O 模塊 南京工程學院工業(yè)中心畢業(yè)設計說明書（論文） 37 (3)電源 可編程序控制器一般使用 220V 交流電源或 24V 直流電源供電。 PLC 內部的直流穩(wěn)壓 電源為各模塊內的元件提供直流電壓。 目前，許多 PLC（如西門子 S7200 系列）還可以為輸入電路和外部傳感器電路提供 24V直流電源。 (4)編程器 編程器是 PLC 的外部編程設備，用戶可通過編程器輸入、檢查、修改、調試程序 或監(jiān)視 PLC 的工作狀態(tài)情況。此外， PLC 系統(tǒng)還可以配置人 /機接口裝置、外存儲器、打印機、 EPROM 寫入器等外部設備。 (5)輸入 /輸出擴展單元 I/O 擴展接口用于將擴充外部輸入 /輸出端子數的擴展單元與基本單元（即主機）連接在一起。 (6)外部設備接口 此接口可將編程器、打印機、條碼掃描儀 ,變頻器等外部設備與主機相聯，以完成相應的操作。 PLC 的基本工作原理 可編程控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（ RUN）狀態(tài)與停止（ STOP）狀態(tài)，通過硬件或軟件對它的工作模式進行設置。在運行狀態(tài)，可編程序 控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復不斷地重復執(zhí)行，直至可編程序控制器停機或切換到 STOP 工作狀態(tài)。 除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，可編程序控制器還要完成內部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為 5個階段 ,如圖 所示。 在內部處理階段，可編程序控制器檢查 CPU，模塊內部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復位，以及完成一些別的內部工作。 圖 循環(huán)過程 在通信服務階段，可編程序控制器與帶微處理器的智能裝置通信，響應編程器鍵南京工程學院工業(yè)中心畢業(yè)設計說明書（論文） 38 入的命令，新編程器的顯示內容。 在輸入處理階段， PLC 以掃描工作方式按順序將所有的輸入信號讀入到輸入映像寄存器中進行存儲這一過程又稱為采樣。 在程序執(zhí)行階段， CUP 從用戶程序的第一條指令開始，逐條執(zhí)行，知道程序結束。即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài)也不會隨之而變，輸入信號 變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的輸入處理階段被讀入。 在輸出處理階段， CPU將輸出映像寄存器的通 /斷狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。 PLC 在數控機床中的作用和特點 現在數控機床中， PLC 取代了繼電器電路，比較適合執(zhí)行順序控制和邏輯運算，從而控制機械設備的生產運動過程。因而是國產還是進口數控系統(tǒng)中，PLC 其基本作用包括接收 CNC 發(fā)送過來的信息，對諸如主軸轉速 (S功能 ) ,刀庫管理 ( T功能 ) ,主軸啟動、停止、換 向，工件的夾緊、松開 ,冷卻系統(tǒng) (M功能 )的運行等功能的實現 , 這類任務由可編程控制器 ( PLC)來實現。 數控車床 PLC 的系統(tǒng)框圖 目前國外的一些數控系統(tǒng)已經步入了全數字化控制，在系統(tǒng)的開放性和功能模塊化等方面有比較優(yōu)秀的進展 .設計所應用的西門子 820Dsl數控系統(tǒng)中，采用的為嵌入式 PLC，即 PLC的 CPU與 NC的 CPU都集成在 NCU 中，機床上的各種行程開關的輸入信號和電磁閥、接觸器的輸出信號只要與輸入輸出模塊相連即可控制各種外部的執(zhí)行元件，因此實現了全數字化控制，大大 提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性，而且嵌入式的 PLC對外連接只有驅動接口和反饋接口，消除了信息傳遞這一難題，使系統(tǒng)的可控性大大增強。如圖 所示為數控車床 PLC 南京工程學院工業(yè)中心畢業(yè)設計說明書（論文） 39 的系統(tǒng)框圖。 PLC 輸入 /輸出與通信接口 1． PLC 輸入開關量定義： 圖 PLC 輸入開關量 圖 主要