sinumerik 808d数控车床plc连接与调试.docx

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sinumerik808d数控车床plc连接与调试

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SINUMERIK808D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：

SINUMERIK808D;PLC;连接;调试

Abstract

Numericalcontroltechnologyasanimportantaspectofmechanical,withtheprogressofscienceandtechnologyofnumericalcontroltechnologyinthenationalproductionoccupiesamoreandmoreimportantposition.PLCasanimportantcomponentofmechanicalautomationbecauseofPLCapplicablescope,thecharacteristicsofsimpleoperationmakeitplaysamoreandmoreimportantpositioninmechanicalproduction.CNClatheissetbytheuser'sprogramcommandtoimplementthemachiningoperationofcomponents.Numericalcontrollathehastheveryhighoperationalandautomaticity.

Numericalcontroltechnologyisarepresentativeoftheemergingtechnologies,theworldinformationindustry,biologyindustryandaviationtechnologyindustrieswidelyusednumericalcontroltechnologyisusedtoimprovethelevelofmanufacturingtechnologyandtheabilitytoimprovetheadaptabilityandcompetitionabilityofthemarket,becauseofitsimportanceislistedasanationalstrategicmaterial,vigorouslydevelopsthenumericalcontroltechnologyistoimprovethenationalcomprehensive.Withincreasingintheproductionofmachinerymanufacturingsheetsmallbatchanddefenseindustrysectortoimprovethepartsprocessingrequirements,complicatedshapeprocesstroubleartifactsmoreandmorepeopletotherequirementsoftheartifactsarealsoincreasedTherefore,urgentneedaflexible,universalflexibleautomationmachineorproductionlinethatisnumericalcontroltechnology.

OnthetaskofCNClatheasproduction,PLCtocontrolthemachinetoolcanknowthemainaction,thedevelopmentofinformationtechnologymakeNClathetechnologyisalsoinhappeningfastprogress,inthetraditionalsenseoftheCNClathehascan'tmeettheneedsofthePeople'sDailylife.Therefore,toimproveourCNClathetechnology.PLCprogrammablecontrollerbecauseofitspowerfulfunctionandstronganti-jamminghasbecomepeopletodesignthemachinetools,theselectionofprimarycomponents.ThisdesignistostrengthenthecommunicationbetweenPLCandCNCmachinetool.NumericalcontrolsystemconnectedtothePLCandPLCprogramdesignisthecorepartofthisdesign.

Thedesigninthedesignofthemainproblemsare:

solvethenumericalcontrollatheCNCsystemandthePLCanalysis;PLCI/oaddressallocation,onthebasisofthemachinetoolcontrolandreasonableallocationofthePLCI/oaddress,PLCinputsignalisusuallyrelay,theoutputsignalisgenerallysmallintermediaterelayandlight;PLCperipheralcircuitdesigncanbedividedintobuttonswitchinputcircuitconnectionwithPLC,indicatorlightrelayconnectedtotheoutputcircuit;ParametersettingforPLCpartmainlycanbedividedinto:

addressrangeandtheMCPsignal,useralarmmachineandPLC,HMI,NCKdata;PLCcontrolblockdiagramdesigncanbedividedinto:

thedesignofthemainprogram,dataexchangeprogram,theinitializationprogram,coolingandlubrication.

ThisgraduationdesignfocusesontheemphasisonSINUMERIK808DnumericalcontrollathePLCconnectionanddebugging

Mainlydividedintothefollowingseveralparts:

（1）CNCsystemandtheanalysisofthefunctionofPLC.

（2）PLCI/Oaddressallocation,peripheralcircuitdesign.

（3）ThePLCparametersetting.

（4）ThedesignofthePLCcontrolblockdiagram.

（5）DesignthePLCcontrolsystem.

（6）Acommonconnectionfailureanalysisandprocessing

Throughthedesignshouldmeettherequirements:

understandthedevelopmentprocessofCNClatheandCNCsystem,understandthedevelopmentstagesofthenumericalcontrolsystem;FamiliarwithCNClathepartscomponentsincludingmechanicalparts,electricalcontrolandPLCcontrolpart;ImprovetheabilityofusingCADsoftware;FamiliarwithPLCcontrolofPLCprogrammingandsimulation,canbeindependentlywritePLCprogramandthecommonlyusedapplicationsoftwareofPLCsoftwaresimulation,understandcommonissuesandproblemsinthenumericalcontrollatheconnectionmethod.

Keywords:

SINUMERIK808D;PLC;connection;debugging

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SINUMERIK550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SINUMERIK840C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SIUNMERIK808D首次完全由中国发起，面向全世界，SINUERIK808D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SINUMERRIK808D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SINUMERIK808D电气原理图的绘制。

设置SINUMERIK808D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。

第二章SINUMERIK808D概括

SINUMERIK808D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SINUMERIK808D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。

2.1SINUMERIK808D简介

SINUMERIK808D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SINAMICSV60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SINAMICSV60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SINUMERIK808D的一个亮点，集成与SIMATICS7-200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。

2.2SINUMERIK808D组成部分

（1）SINUMERIK808DPPU

SINMERIK808D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2-1SINUMERIK808DPPU

（2）SINUMERIK808D机床控制面板

采用了机械按键式的SINUMERIK808D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2-2SINUMERIK808D机床控制面板

（3）伺服驱动器

SINUMERIK808D的伺服驱动器SINAMICSV60，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2-3SINUMERIK808D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；X2RS232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SINUMERIK808D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SINUMERIK808D结构图：

图2-4SINUMERIK808D结构图

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

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