【導(dǎo)讀】設(shè)計地點(diǎn)：工程實訓(xùn)中心07號樓。畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中文摘要。目前我國已成為世界數(shù)控機(jī)床最大的生產(chǎn)國、進(jìn)口國、消費(fèi)國，數(shù)控機(jī)。床在我國國民工業(yè)經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域尤其是高科技領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。文主要介紹了數(shù)控立式車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計，數(shù)控立式車床是一種自動化。程度高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且又昂貴的先進(jìn)加工設(shè)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(shè)計采用SINUMERIK802DSL數(shù)控系統(tǒng)，SINUMERIK802DSL數(shù)控系統(tǒng)。有效實現(xiàn)了的X軸和Z軸聯(lián)動控制,本課題數(shù)控電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容主。要包括數(shù)控電氣控制系統(tǒng)組成及連接、數(shù)控系統(tǒng)中PLC程序的設(shè)計及調(diào)試、關(guān)鍵詞：802Dsl數(shù)控系統(tǒng)；伺服電機(jī)；PLC；立式車床；

　　

【正文】 802D 數(shù)控系統(tǒng)電氣圖 802D SL 數(shù)控系統(tǒng)簡介 SINUMERIK 802D SL是一款結(jié)構(gòu)緊湊的控制系統(tǒng)，它將數(shù)控系統(tǒng)中的所南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)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(shè)計的驅(qū)動技術(shù)，這種新的驅(qū)動技術(shù)提供 DriveCLiQ 接口，與 SINAMICS S120 驅(qū)動器實現(xiàn)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(jī)床中應(yīng)用。使用 CF 卡與 USB 接口，可以進(jìn)行快速的程序執(zhí)行與數(shù)據(jù)讀寫，內(nèi)置以太網(wǎng)與高速 I/O 接口，輕松擴(kuò)展。無硬盤， 無電池，無風(fēng)扇，采用長壽顯示屏光源，無需日常維護(hù)。 SINUMERIK 802D solution line 相對于 802D 在性能上有許多的改進(jìn)，將PCU 與驅(qū)動控制系統(tǒng)集成在一起控制，可與全數(shù)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(shù)字輸入和 144 個數(shù)字輸出。采用 SIEMENS 公司全新設(shè)計的驅(qū)動技術(shù)，這種新的驅(qū)動技術(shù)提供Drive CLiQ 接口。 802D SL 數(shù)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(jīng)標(biāo)明了 24V、 0V 和 PE（接地）。 24V DC 電源一般直接選用開關(guān)穩(wěn)壓電源供電，為了提高系統(tǒng)的可靠性，可使用兩個獨(dú)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(yīng)連通。 現(xiàn)場總線的連接 SIEMENS 802Dsl 是基于 PROFIBUS 總線的數(shù)控系統(tǒng)， PCU（面板控制單元）通過 PROFIBUS 總線和 PP72/48 伺 服 驅(qū) 動進(jìn) 行 數(shù)據(jù) 交 換 和監(jiān) 控 , PROFIBUS 總線為串行連接 ,PCU 為 PROFIBUS 的主設(shè)備 ,每個 PROFIBUS 從設(shè)備（ PP72/48 和 S120 伺服驅(qū)動器）都具有自己的總線地址，如圖 所示，設(shè)備的總線地址不重，復(fù)即總線上不可出現(xiàn)兩個相同的地址。 圖 總線連接 南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)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(jī)床控制面板 6FC53030AF301AA0 用于 MCPA 配套，機(jī)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(jī)床控制面板的 X120 X1202 接口連接，如下圖 所示。 6. 機(jī)床外部 I/O 點(diǎn)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(zhuǎn)換器才可以連接。 圖 802D SL Value 連接總圖 南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 31 數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動器連接 SINAMICS S120 是西門子公司新的一代驅(qū)動系統(tǒng)， S120 驅(qū)動系統(tǒng)采用了比較先進(jìn)的軟硬件技術(shù)以及通訊接口技術(shù) [2]。 SINUMERIK 802D solution line 分類 分為 value、 plus 和 pro 3個版本。本課題設(shè)計采用 SINUMERIK 802D SL value。因此，采用 SINAMICS S120 模塊式驅(qū)動器， 適用于常規(guī)金屬切削，如標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控車床、 數(shù)控銑床。如圖 所示。 圖 驅(qū)動器與電機(jī)連接圖 南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 32 第四章 數(shù)控立式車床控制面板設(shè)計 數(shù)控立式車床控制面板概述 操作面板是操作人員與數(shù)控機(jī)床之間進(jìn)行信息交換的接口，它是隨著信息技術(shù)的發(fā)展不斷進(jìn)化的。好的操作面板具有美觀易懂、經(jīng)濟(jì)適用、操作簡單等特點(diǎn)，同時還具有引導(dǎo)操作和提高效率等功能。 數(shù)控車床的操作面板由機(jī)床控制面板和數(shù)控系統(tǒng)操作面板兩部分組成，下面分別作一 一 介紹。 機(jī)床控制面板 機(jī)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(jī)床的動作及加工過程 。 數(shù)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(guān)坐標(biāo)位置、程序、圖形、參數(shù)、診斷、報警等信息；而 MDI 鍵盤，包括字母鍵、數(shù)值鍵以及功能按鍵等，可以進(jìn)行程序、參數(shù)、機(jī)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(jī)床控制面板 MCP 南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 33 圖 802D 水平鍵盤 輔助操作面板設(shè)計 根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計 輔助操作面板，以及各個按鈕的功能運(yùn)動，如圖 。 ⑴ 電源 ：轉(zhuǎn)動鑰匙開關(guān)， 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(guān)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(guān)橫梁停止下降 南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 34 ⑷ 液壓：系統(tǒng)啟動時，液壓電機(jī)自動啟動，指示燈亮。按下此鍵，液壓電機(jī)停止，指示燈 滅。再按下此鍵，液壓電機(jī)啟動，指示燈亮，如此循環(huán)。 ⑸ 正向、反向：回轉(zhuǎn)工作臺運(yùn)行方向，順時針和逆時針轉(zhuǎn)動。點(diǎn)動：回轉(zhuǎn)工作臺點(diǎn)動工作方式。 ⑹ 變速：機(jī)床工作臺變速是液壓轉(zhuǎn)閥采用機(jī)械手輪操作達(dá)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(jìn)入能耗制動狀態(tài)。 ⑻ 啟動：工作臺穩(wěn)定運(yùn)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(biāo)軸，并使用點(diǎn)動按鈕和電子手輪 ⑾ 油泵：按下此鍵，伺服驅(qū)動就緒，伺服電機(jī)上電，指示燈亮，數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入正常工作，再按一次，指示燈滅，伺服未就緒，伺服電機(jī)未上電。當(dāng)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(jìn)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(biāo)軸選擇開關(guān)組成用于手搖方式增量進(jìn)給坐南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 35 標(biāo)軸。 圖 手輪 南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 36 第五章 PLC程序設(shè)計 PLC 的基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理 PLC 的基本結(jié)構(gòu) 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(xiàn)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(shù)據(jù)，診斷系統(tǒng)自身故障等功能，并響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器、電腦、打印機(jī)等）的請求以及進(jìn)行各種內(nèi)部判斷等。 (2)I/O 模塊（ PP72/48） I/O 模塊稱輸入 /輸出模塊，是聯(lián)系 CPU 模塊和外部現(xiàn)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(guān)量輸入信號從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、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(jī)、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(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等執(zhí)行器，可編程序控制器控制的另一類外部負(fù)載是指示燈、數(shù)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(guān)選擇開關(guān)按鈕 編程器等外設(shè) 擴(kuò)展 I/O 模塊 南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)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(nèi)部的直流穩(wěn)壓 電源為各模塊內(nèi)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(shè)備，用戶可通過編程器輸入、檢查、修改、調(diào)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(jī)接口裝置、外存儲器、打印機(jī)、 EPROM 寫入器等外部設(shè)備。 (5)輸入 /輸出擴(kuò)展單元 I/O 擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)充外部輸入 /輸出端子數(shù)的擴(kuò)展單元與基本單元（即主機(jī)）連接在一起。 (6)外部設(shè)備接口 此接口可將編程器、打印機(jī)、條碼掃描儀 ,變頻器等外部設(shè)備與主機(jī)相聯(lián)，以完成相應(yīng)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(yùn)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(jìn)行設(shè)置。在運(yùn)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(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時地響應(yīng)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(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī)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(nèi)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(nèi)部處理階段，可編程序控制器檢查 CPU，模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。 圖 循環(huán)過程 在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 38 入的命令，新編程器的顯示內(nèi)容。 在輸入處理階段， PLC 以掃描工作方式按順序?qū)⑺械妮斎胄盘栕x入到輸入映像寄存器中進(jìn)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(jié)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(shù)控機(jī)床中的作用和特點(diǎn) 現(xiàn)在數(shù)控機(jī)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(yùn)算，從而控制機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)動過程。因而是國產(chǎn)還是進(jìn)口數(shù)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(zhuǎn)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(yùn)行等功能的實現(xiàn) , 這類任務(wù)由可編程控制器 ( PLC)來實現(xiàn)。 數(shù)控車床 PLC 的系統(tǒng)框圖 目前國外的一些數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)步入了全數(shù)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(jìn)展 .設(shè)計所應(yīng)用的西門子 820Dsl數(shù)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(jī)床上的各種行程開關(guān)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(xiàn)了全數(shù)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(qū)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(qiáng)。如圖 所示為數(shù)控車床 PLC 南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)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(guān)量定義： 圖 PLC 輸入開關(guān)量 圖 主要