数控铣床主轴控制PLC程序设计说明书

数控铣床主轴控制PLC程序设计说明书 PLC 目前，数控技术已被世界各国列为优先发展的关键工业技术，成为国际间科技竞争的重 点。数控技术的应用将机械制造与微电子、计算机、信息处理、现代控制理论、 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 技术以 及光电磁等多种学科技术融为一体，使制造业成为知识、技术密集的大学科范畴内的现代制 造业，成为国民经济的基础工业。1952年，美国研制的世界第一台三坐标数控铣床，其特 点是用三个数控伺服系统代替了传统的机械进给系统。早期的数控铣床同普通铣床相比，除 进给系统是数控伺服系统外，外形和结构基本相同。我国现在生产的经济型数控铣床，就属 于这种类型，因为这些产品是在普通铣床的总体结构基础上经局部改进而发展出来的。 数控机床不仅表现为数量迅速增长，而且在质量性能和控制方式上也有明显改善。数控 机床加工工件时，完全根据计算机发出的指令自动进行加工，不允许频繁测量和进行手术补 偿，这就要求机床结构具有较高静刚度与动刚度，同时要提高结构的热稳定性，提高机械进 给系统的刚度并消除机械传动间隙，消除爬行。这样，可以有效避免振动、热变形、爬行和 间隙影响被加工工件的精度。 数控铣床在当今机械加工设备中有着举足轻重的作用，而铣床有CNC、PLC、进给伺服驱动系统、主轴伺服驱动系统、辅助装置等部分组成。其中主轴是不可或缺的。高速铣削加工 在高速切削加工中扮演着最重要的角色,而高速铣床所选用的主轴系统特性的优劣,又直接影响着高速铣削加工的质量。 第1页共38页 随着科学技术的发展,现代机械制造要求产品的形状和结构不断改进，对零件的加工质 量的要求也越来越高。随着社会对产品多样化要求的增强，产品品种增多,产品更新换代加 速。数控机床代替普通机床被广泛应用是一个必然的趋势。同时，数控机床将向着更高的速 度、精度、可靠性及完善性的功能发展。 本文介绍了数控铣床主轴、变频器、PLC控制设计的一些基本情况。主轴包括运行方式、主轴驱动的连接、主轴控制、摆动方式、主轴功能。运行方式有控制方式、摆动方式和定位 方式三种，而且他们之间能相互变换。变频器主要介绍控制方式、调试方法及操作。而PLC 则是涉及到启动、初始化、辅助功能、调试过程。 对于主轴控制PLC程序设计。主要是通过变频器控制主轴电机、 PLC程序设计。完成 了在操作面板输入指令后，经CNC系统把指令转换成变频器转数信号再由PLU实现一系列动 作 。 数控铣床 主轴 PLC 变频器 控制 Abstract With the development of science and technology, Requirements of modern machinery manufacturing products continue to improve the shape and structure, Processing of parts quality requirements have become more sophisticated. With the social requirements of product diversification to enhance, An increase in product variety, Products to accelerate the replacement. Products to accelerate the replacement. At the same time, CNC machine tools will be toward the higher the speed, accuracy, reliability, and improve the development of functional. In this paper, CNC milling machine spindle, inverter, PLC control design of some of the basic situation. Including the operation mode spindle, spindle-driven connectivity, spindle control, swinging the way, the spindle function Operation mode control method and positioning means swinging the way of three, And their mutual transformation between. Introduces the control mode of inverter, commissioning and operation. Introduces the control mode of inverter, commissioning and operation. The main control PLC Programming. Mainly through the spindle motor control inverter, PLC program design. Mainly through the spindle motor control inverter, PLC program design, By the CNC system, the command to convert the number of signal transducer and then the realization of a series of moves by the PLU. Keywords: CNC milling machine spindle inverter control PLC 第2页共38页 绪 论............................................................................................................................................... 1 摘 要............................................................................................................................................... 2 第一章 数控铣床概述 ..................................................................................................................... 6 1.1数控机床的发展史 ............................................................................................................. 6 1.2数控铣床组成 ..................................................................................................................... 6 1.3数控铣床工作原理以及结构 ............................................................................................. 5 第二章 SINUMERIK 802S的主轴及连接 ........................................................................................ 6 2.1西门子802S的系统组成................................................................................................... 6 2.2主轴驱动的连接(X3) ......................................................................................................... 6 2.3主轴测量系统的连接（X4） ............................................................................................ 8 2.4主轴运行方式 ..................................................................................................................... 9 2.5主轴控制........................................................................................................................... 10 2.6主轴摆动方式运行 ........................................................................................................... 11 2.7主轴功能........................................................................................................................... 13 第三章 变频器 ............................................................................................................................. 14 3.1变频器简介 ....................................................................................................................... 14 3.2控制方式（P1300） ........................................................................................................ 14 3.3调试方法........................................................................................................................... 15 3.4用状态显示板（SDP）调试和操作 ............................................................................... 15 3.5用基本操作板（BOP）进行调试 ................................................................................... 16 3.6 BOP和AOP的调试功能 ................................................................................................ 19 第四章 PLC程序 .......................................................................................................................... 20 4.1 PLC简介 .......................................................................................................................... 20 4.2PLC的启动 ....................................................................................................................... 20 4.3 PLC的初始化 .................................................................................................................. 21 4.4 PLC的辅助功能 .............................................................................................................. 21 4.5 PLC调试过程 .................................................................................................................. 22 第五章 常见故障及说明 ............................................................................................................. 24 5.1 主轴伺服的故障 .............................................................................................................. 24 5.2软件故障........................................................................................................................... 24 第六章 结束语 ............................................................................................................................. 26 参考文献......................................................................................................................................... 27 致谢................................................................................................................................................. 28 附件一 PLC程序图及参数表 ........................................................................................................ 29 附件二 电气原理图 ....................................................................................................................... 38 第3页共38页 1946年诞生了世界上第一台电子计算机。6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来， 数控系统经历了两个阶段和六代的发展。（注：两个阶段：数控NC阶段和计算机数控CNC阶段。六代：即电子管时代、晶体管时代、小规模集成电路时代、小型计算机时代、微处理 器时代和基于PC时代）。必须指出，数控系统发展到了第五代以后，才从根本上解决了可 靠性低、价格极为昂贵、应用很不方便（主要是编程困难）等极为关键的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。因此，数控 技术经过了近30年的发展才走向普及应用。 定义:数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的,两都的加工工艺基本相同,结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有 很大区别. 数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部 分组成： 1、主轴箱 包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴 转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。 2、进给伺服系统 由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实 现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。 3、控制系统 数控铣床运动控制的中心，执行数控加 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 序控制机床进行加工。 4、辅助装置 如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。 5、机床基础件 通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架 第4页共38页 1．编制数控程序---- (1)在充分的工艺分析的基础上，确定零件的编程坐标系，计算 零件的几何元素的坐标参数。(2)然后确定：加工工艺路线或加工顺序；主运动的启、 停、方向、变速；进给运动的速度大小；选择刀具等工艺参数，以及冷却液开、关等 辅助作。(3)再按 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 格式用文字、数字和符号编制零件加工的数控程序单。(4)编程的工作，可由人工进行，或者由自动编程计算机系统来完成。比较先进的数控机床， 可以在它的数控装置上直接编程。(5) 编好的数控程序，存放在便于保存和输入到数 控装置的一种存储载体上 数控铣床的工作结构 数控装置控制具体过程 数控装置根据程序的坐标代码，作插补运算并 输出插补控制信号，插补控制信号控 制伺服驱动系统驱动执行部件作进给运动，从而确定了机床的进给运动的方向、速度、 位移量。数控装置根据辅助机能代码输出辅助机能控制信号驱动 强电控制装置，控制主运动部件的变速、换向和启停，控制刀具的选择和交换，控制冷却、润滑 的启停，控制工件和机床部件的松开和夹紧，控制分度工作台的转位等辅助机能。 第5页共38页 2.1802S 802S系统连接主要有以下几个部分：操作面板、进给主轴、主轴驱动、主轴测量系统、 RS232接口、手轮接口、接近开关、输入端数字输入端和输出端的连接。 802S由硬件和软件两部分组成。硬件由以下几部分组成：（1）控制器模块，用于控制3 个步进驱动进给轴，一个模拟信号接口用于控制主轴驱动。（2）NC操作面板，带图形显示和键盘。（3）机床操作面板（4）16点输入/输出（DI/016），用四个模块最大可扩展到64点。 软件由以下几部分组成：（1）引导软件（Boot）,把系统软件从永久存储器装载到工作存 储器（DMAM）中并启动系统。（2）MMC软件，执行所有NC功能，该软件控制一个带三个进给轴和一个主轴的通道。（3）PLC软件，循环执行内装PLC用户程序。 2.2(X3) 主轴驱动接口 插座名称：X3 SOINDLE 插座类型：9芯D型插座（针） 插座X3引脚分配 X3 引脚 信号 类型 引脚 信号 类型 1 SW VO 6 BS VO 2 7 3 8 4 9 RF.1 K 5 RF.2 K 模拟驱动中： SW 指令值 BS 指令值参考地（模拟量接地） RF.1,RF.2 使能触点 第6页共38页 信号类型 VO 电压输出 K 开关触点 信号： 每个通道提供一个电压信号和一个使能信号。 ?SW（指令值） 模拟量电压信号，?10V范围，用于输出一个转速指令值。 ?BS（参考地） 指令值信号的参考地（模拟量接地），内部与逻辑“地”相连。 ?RF（使能） 一对继电器触点，功率部件（-比如SIMODRIVE驱动装置）通过这对触点获得使能。 在循环运行方式时由ECU控制使能信号。 信号参数 指令值模拟量作为差分信号输出。 主轴指令值信号参数 参数 最小值 最大值 单位 -10.5 10.5 V 电压范围 -3 3 mV 输出电流 继电器触点 继电器触点电器参数 参数 最大 单位 50 V 接通电压 1 A 开关电流 30 VA 配电容量 电缆长度：最长35M 2.3X4 测量系统的接口（增量式编码器） 第7页共38页 插座名称： X4 ENCD 插头类型： 15芯D型插座（孔） 插座X4引脚分配 X4 引脚 信号 类型 引脚 信号 类型 1 9 M VO 2 10 N I 3 11 N-N I 4 P5-MS VO 12 B-N I 5 VO 13 B I 6 VO 14 A-N I 7 VO 15 A I 8 信号名称 A，A-N A相信号（基本信号和取反信号） B，B-N B相信号（基本信号和取反信号） N，N-N 零脉冲信号（基本信号和取反信号） P5-MS 电源+5.2V M 电源接地 信号电平 RS422 信号类型 V0 电压输出(电源) I 输入(5V信号) 5V增量式编码器可以直接连接。 编码器必须符合以下条件: 传输方法: 5V方波信号差分传输(按RS422标准) 。 输出信号: A相信号, 分基本信号和取反信号 第8页共38页 B相信号, 分基本信号和取反信号 N零信号，分基本信号和取反信号 最大输出频率：1.5MHZ 信号A与B 相位差：90?? 30? 电流消耗：最大300mA 2.4 NC控制的模拟主轴可以有如下三种运行方式： 模拟方式 摆动方式 定位方式 主轴运行方式的变换 主轴运行方式变换可按如下图运行 控制方式?摆动方式 如果通过齿轮自动选择（M40）及新的S功能，或者通过M41至M45变换为一个新的齿轮级，则主轴从控制运行方式变换摆动运行方式。只有当齿轮从当前齿轮级变换为新的齿轮级 时，才可以从控制方式变换为摆动方式。 摆动方式?控制方式 如果齿轮级已经换挡，则接口信号IS“摆动方式复位，并发出接口信号IS“齿轮级已经换挡”，运行方式变换为控制方式。最后编程的主轴转速（S功能）再次生效。 控制方式?定位方式 如果要使主轴有旋转状态（M3或M4）定位停止，或者从停止状态（M5）取新的方向，则用SPOS使运行方式变换为定位方式（要求位置控制主轴）。 定位方式?控制方式 如果主轴定位完成，则用M3，M4或M5转换到控制方式。最后编程的主轴转速（S功能）再次生效。 定位方式?摆动方式 主轴定位结束后，可以用M41至M45使运行方式转换为摆动方式。换挡结速以后，最后 编程的主轴转速（S功能）和M59（控制方式）再次生效。 主轴控制方式的运行 在执行下述功能时主轴处于控制方式： ? 恒定主轴转速S，M3/M4/M5和G94，G97 ? 恒定切削速度G96 S，M3/M4/M5 ? 恒定主轴转速S，M3/M4/M5和G33 第9页共38页 前提条件 ? 主轴无需同步 ? 进给率F，单位为毫米/分钟或英寸/分钟（G94），并按M3/M4/M5指令运 行时不要求主轴位置实际值编码器。 在转进给（G95，F单位为毫米/转或英寸/转）按M3/M4/M5运行时，或 者在使用恒定切削速度（G96，G97）及加工螺纹（G33）时，要求必须 具备主轴位置实际值编码器。 普通主轴复位 主轴可以用接口信号IS“剩余行程复位/主轴复位”制动。但要注意： G94有效时，若没有采取其他措施则程序会继续运行下去。 主轴自身复位 主轴在复位以后或程序结束以后（M2，M30）具有何种特性这可以通 过机床数据MD：SPIND-ACTIVE-AFTER-RESET（主轴自身复位）的设 定来改变： ? 如果MD:SPIND-ACTIVE-AFTER-RESET=0,则主轴立即以有效的加速度制动到停止。最后编 程的主轴转速和主轴方向装速（S功能）和方向（M3/M4/M5）继续保持。 ? 如果在复位之前或者在程序结束之前恒定切削速度G96有效，则当前的主轴转速（主轴 修调为100%）在内部作为最后编程的主轴转速。 特性 ? 主轴修调开关有效 ? 注意：单独的主轴修调开关作为选用件，只安在机床控制面板上（MCP）。 ? 主轴可以始终用接口信号IS“剩余行程清除/主轴复位”制动。但要注意：程序在G94时会继续运行！在G95时若缺少进给率进给轴也会停止，程序运行同样停止（若G1，G2，„有效...）。 2.5 ? 输入信号： MO3/M04/M05， 来自零件程序 M41，M42，M43，M44 来自零件程序 主轴正转，反转，停止 来自机床控制面板 主轴转速升高 来自机床控制面板 主轴转速降低 来自机床控制面板 ? 输出信号： 主轴正转 （Q0.0） 主轴反转 （Q0.1） 主轴制动 （Q0.2） 转速选择1 （Q1.0） 转速选择2 （Q1.1） 转速选择3 （Q1.2） 转速选择4 （Q1.3） ? IUP控制逻辑 第10页共38页 条件 结果 自动方式下当M03有效 主轴正转控制信号（Q0.0）有效 手动方式下按下主轴正转键，或 主轴反转控制信号（Q0.1）无效 手动方式下按下主轴点动键 手动方式下当M04有效 主轴反转控制信号（Q0.1）有效 手动方式下按下主轴正转键 主轴正转控制信号（Q0.0）无效 自动方式下当M05有效 主轴制动信号有效，并按设定参数保持 手动方式下按下主轴停 主轴正转反转均无效 在自动方式下主轴转速选择有零件程 M41 M42 M43 M44 序中的M41，M42，M43，M44代码Q1.0 ? ? 控制 Q1.1 ? ? Q1.2 ? ? Q1.3 ? ? 手动方式下按下主轴点动键 相当于既主轴点动时系统自动选 选择择最低转速 M41 手动方式下按下主轴转速升高或主轴转速1（相当于M41） 转速降低系统将主轴速度增加或降低转速2（相当于M42） 相邻的速度档 转速3（相当于M43） 转速4（相当于M44） 当前速度档1 Q1.4有效 Q1.5，Q1.6，Q1.7无效 当前速度档2 Q1.5有效 Q1.4，Q1.6，Q1.7无效 当前速度档3 Q1.6有效 Q1.4，Q1.5，Q1.7无效 当前速度档4 Q1.7有效 Q1.4，Q1.5，Q1.6无效 主轴监控范围/转速范围 2.6 在摆动方式运行时主轴电机交替进行顺时针方向和逆时针方向旋转。通过摆动方式运行 使齿轮换档变得方便容易。 主轴摆动方式运行的前提条件： ? 不要求主轴编码器 ? 主轴无需要同步 启动摆动方式 如果通过自动齿轮换档选择（M40）或者通过M41至M45预置一个新的运行齿轮级（IS 第11页共38页 “齿轮换档”（V39032000.3）已经设置）。则主轴处于摆动运行方式。只有从当前齿轮级换 为一个新的齿轮级时才设置接口信号IS“齿轮换档”。主轴摆动方式运行通过接口信号IS “摆动速度”（V38032002.5）启动。 如果仅设置接口信号IS“摆动速度”而不预置一个新的齿轮级，则不会转到摆动方式运 行。 摆动方式通过接口信号IS“摆动速度”启动，但在执行功能时根据有无IS“通过PLC 摆动（V38032002.4）分为： ? 通过NCK摆动 ? 通过PLC摆动 摆动时间设定 摆动运行时每个方向的摆动时间通过下面的机床数据设定： ?M3方向的摆动时间 SPIND-OSCILL-TIME-CW ?M4 方向的摆动时间 SPIND-OSCILL-TIME-CCW 摆动方式1 通过NCK摆动： 阶段1： 通过接口信号IS“摆动速度“（V38032002.5），主轴电机加速到MD： SPIND-OSCILL-DES-VELO（摆动速度）中设定启动方向）中的数据决定，相应地开始运行时 间t1（或t2）。 阶段2： 时间t1（或t2）运行结束后，主轴电机在相反的方向加速到 MD：SPIND-OSCILL-DES-VELO（摆动速度）中所设定的速度。开始运行时间t2（t1）。 阶段3： 时间t2（t1）运行结束后主轴电机又在相反的方向加速到 MD：SPIND-OSCILL-DES-VELO中所设定的速度。又开始运行时间t1（t2）。接下去继续运行阶段2。 摆动方式2 通过PLC摆动 第12页共38页 通过接口信号IS“摆动速度“，主轴电机加速到MD：SPIND-OSCILL-DES-VELO9摆动速度）中设定的速度（使用摆动加速度）。旋转方向通过IS“向左旋转”和IS“向右旋转”确定。摆动（摆动运行）和两个时间t1和t2（顺时针方向和逆时针方向运行时间）必须在PLC中模拟出来。 摆动运行方式结束 通过IS“齿轮已经换档”（V38032000.3）使NCK获悉新的齿轮级已经开始允许（IS“实际齿轮级”），摆动运行方式结束。实际齿轮级应与给定齿轮级相一致。尽管IS“摆动速度”仍设置，但摆动运行方式已经结束。最后编程的主轴转速（S功能）和方向（M3，M4或M5）再次生效。 摆动运行方式结束之后主轴再次转入控制方式运行。 在各个齿轮级，其极值（比如，齿轮级的最大/最小转速等等）的规定均对应着实际齿轮 级的给定值，并在主轴停止时关闭。 2.7 主轴转速指令功能，它是由地址S及其后面的数字表示，一般的经济型数控车床一般用 一位或两位约定的代码来控制主轴某一档位的高速和低速对具有无级调速功能的数控车床， 则可由后续数字直接表示其主轴的给定转速，另外，对具有恒线速度切削功能的数控车床， 其加工程序中的S指令即可指令恒定转速转/分，也可指令车削时的恒定线速度（米/分）即在车削时，其主轴转速随着车削直径的变化而自动变化，绐终保持线速度为给定的恒定值。 主轴转速功能表示机床主轴的转速大小，由S和后面的若干数字组成。 格式：M03 S600 主轴以600r/min的速度正转。 主轴有关的指令（M03、M04、M05） M03表示主轴正转，M04表示主轴反转。所谓正转，是从主轴向Z轴正向看，主轴顺 时针转动；而主轴反转时，观察到的转向则相反。M05为主轴停止。 第13页共38页 3.1 MICROMASTER 420 变频器是用于控制三相交流电动机速度的系列产品，本系列有多 种型号，从单相输入电源电压，额定功率120W，到三相输入电源电压，额定功率11kW，可供用户选用。 本变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型 晶体管(IGBT) 作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。开 关频率可选的脉冲宽 度调制使电动机运行的噪声得以减少。全面的保护功能，为变频器和 电动机提供了良好的保护。 MICROMASTER 420 具有缺省的工厂设置参数，用于数量众 多的简单电动机控制系统是十分理想的。在设置了MICROMASTER 420 的相关参数以后，它也可用于更高级的电动机控制系统。 MICROMASTER 420 既可用作单独的驱动系统，也可集成到“自动化系统”中。 性能特征：磁通电流控制（FCC），改善了动态响应和电动机的控制特性 快速电流限制（FCC）功能，实现正常状态下的无跳闸运行 内置的直流注入制动 复合制动功能改善了制动特性 加速/减速斜坡特性具有可编程的平滑功能 具有比例，积分（PI）控制功能的闭环控制 多点V/f特性 保护特性：过电压/欠电压保护 变频器过热保护 接地故障保护 短路保护 It电动机过热保护 PTC电动机保护 M420是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列，其安装包括机械安装和电气安装。 机械安装主要注意机壳外尺寸为A型时DIN导轨的安装方法。 电气安装主要注意电源和电动机的连接、电磁干扰（EMI）的保护、屏蔽的方法。 420的调试方法有状态显示版（SDP）、基本操作板（BOP）、高级操作面板（AOP），此外还有快速调试（P0010=1）。 3.2P1300 MICROMASTER420变频器的所有控制方式都是基于V/f控制特性。不同的控制关系适用 第14页共38页 于各种不同的应用对象： ?线性V/f控制，P1300=0 ?可用于可变转矩和恒定转矩的负载，例如，带式运输和正排量泵类。 ?带磁通电流控制（FCC）的线性V/f控制，P1300=1 ?这一控制方式可用于提高电动机的效率和改善其动态响应特性。 ?抛物线（平方）V/f控制 P1300=2 这一方式可用于可转矩负载，例如，风机和水泵。 3.3 MICROMASSTER 420变频器在标准供货方式时装有状态显示板（SDP），对于很多用户来说，利用SDP和制造厂的缺省设置值，就可以使变频器成功地投入运行。如果工厂的 缺省设置值不适合设备情况，可以利用基本操作板（BOP）或高级操作板（AOP）修改参数，使之匹配起来。BOP和AOP是作为可选件供货的。也可以用PCIBN工具“Drive Monitor”或“STARTER”来调整工厂的设置值。相关的软件在随变频器供货的CD ROM中找到。 3.4SDP 面板上的SDP有两个LED，用于显示变频器当前的运行状态，采用SDP时，变频器的予设定值必须与下列电动机数据兼容： 电动机额定功率 电动机电压 电动机额定电流 电动机额定频率 此外，必须满足以下条件： 线性V/f电动机速度控制，模拟电位计输入。 50HZ供电电源时，最大速度3000rpm(60HZ供电电源时为3600rpm)；可以通过变频器的模拟输入电位计进行控制。 斜坡上加速时间/斜坡下降时间=10S 应用条件更为复杂时，变频器的设定值可以在参数表用“用BOP或AOP进行调试的简要说 第15页共38页 明”中找到。 用SDP操作时的缺省设定值 端子 参数 缺省操作 5 数字输入1 P0701=‘1’ ON，正向运行 6 数字输入2 P0701=‘12’ 反向运行 7 数字输入3 P0701=‘9’ 故障复位 10/11 输出继电器 P0701=‘52.3’ 故障识别 12/13 P0701=21 模拟输出 输出频率 3/4 P0701=0 模拟输入 频率设定值 1/2 模拟输入电源 用SDP进行的基本操作 使用变频器上装设的SDP可进行以下操作： 启动和停止电动机 电动机反向 故障复位 3.5BOP 利用基本操作面板（BOP）可以改变变频器的各个参数。为了利用BOP设定参数，必须首先拆下SPD，并装上BOP，并装上BOP。 BOP具有7段显示的五位数字，可以显示参数的序号和数值，报警和故障信息，以及 设定值和实际值。参数的信息不能用BOP存储。 用BOP操作时的缺省设置 参数 说明 缺省值，欧洲地区 P0100 运行方式，欧洲北/美 50Hz，KW（60Hz，hp） P0307 功率 KW（Hp） P0310 电动机的额定频率 50Hz（60Hz） P0311 电动机的额定速度 1395（1680）rmp P1082 最大电动机频率 50Hz（60Hz） 基本操作面板（BOP）上的按钮 第16页共38页 显示/按钮 功能 功能的说明 状态显示 LCD显示变频器当前的设定值。 显示/按钮 功能 功能的说明 按此键启动变频器。确剩值运行时此键是被封锁的应 启动变频器 设定P0700=1。 OFF1：按此键，变频器将按选定的斜坡下降速率减 速停车。缺省值运行时此键被封锁；为了允许此键操 停止变频器 作，应设定P0700=1 OFF2：按此键两次（或一次，但时间较长）电动机 将在惯性作用下自由停车。此功能总是“使能”的 改变电动机按此键可以改变电动机的转动方向。电动机的反向用 的转动方向 负号（-）表示或用闪烁的饿小数点表示。缺省值运 行时此键是被封锁的，为了使此键的操作有效，应设 定P0700=1。 在变频器无输出的情况下按此键，将使电动机启动， 电动机点动 并按预设定的点动频率运行。释放此键时，变频器停 车。如果变频器/电动机正在运行，按此键将不起作 用。 功能 此键用于浏览辅助信息。 变频器运行过程中，在显示任何一个参数时按下此键 并保持不动2秒钟，将显示以下参数值（在变频器运 行中，从任何一个参数开始）： 1． 直流回路电压（用d表示-单位：V） 2． 输出电流（A） 3． 输出频率（Hz） 4． 输出电压（用O表示-单位：V） 5． 由P0005选定的数值 连续多次按下次键，将轮流显示以上参数。 第17页共38页 访问参数 按此键即可访问参数。 增加数值 按此键即可增加面板上显示的参数数值。 减少数值 按此键即可减少面板上显示的参数数值。 用基本操作面板（BOP）更改参数的数值 例：改变P0004参数的过滤功能 操作步骤 显示的结果 1．按访问参数 2．按直到显示出P0004 3．按进入参数数值访问级 4．按或达到所需要的数值 5．按确认并存储参数的数值 6．使用者只能看到命令参数 用高级操作面板（AOP）调试频器 高级操作面板（AOP）是可选件。它具有以下特点： ? 清晰的多种语言文本显示 ? 多组参数的上装和下载功能 ?可通过PC编程 第18页共38页 ?具有连接多个站点的能力，最多可以连接30台变频器 3.6 BOPAOP 快速调试（P0010=1） P0010的参数过滤功能和P0003选择用户访问级别的功能在调试是十分重要的。由此可 以选定一组允许进行快调试的参数。电动机的设定参数和斜坡函数的设定参数都包括在内。 在快速调试的各个步骤都完成以后，应选定P3900，如果它置1，将执行必要的电动计算，并使其它所有的参数（P0010=1不包括在内）恢复为缺省设置值。只有在快素调试方式下才 进行这一操作。 第19页共38页 4.1 PLC PLC是一个用于机床的可存贮可编程的逻辑控制器，它没有自己的硬件，而是在 SINUMERIK802S控制系统中作为一个软件PLC使用。其任务是控制机床相关功能的顺序， 总是循环执行用户的程序。进入PLC启动可以用NCK和PLC启动两种方法。同时PLC也 拥有强大的指令集供用户编辑各种指令。 PLC是一种与RLC工作原理完全不同的顺序控制装置，具有如下特点： （1）PLC是一种专用工业顺序控制的微机。为了适应顺序控制的要求，PLC省去了微机的一些数字运算功能，而强化了逻辑运算控制功能。 （2）具有面向用户的指令和专用于存储用户程序的存储器。用户控制逻辑用软件实现， 适用于控制控制动作复杂和控制逻辑，需要灵活变动的场合。 （3）用户程序可采用“梯形图”编辑。梯形图与继电器逻辑控制电路图十分相似，图形 符号形象直观，工作原理易于理解和掌握。 （4）PLC可与编程机、编程器和个人计算机等联接，可以很方便地实现程序的显示、 编辑、诊断、存储和传送等操作。 （5）PLC没有继电器那种机械触点，抗干扰能力强，工作稳定可靠。 （6）PLC结构紧凑，体积小、容易装入机床内部或电气箱内，便于实现数控机床的机 电一体化。 4.2PLC PLC是一个用于简单机床的可存贮可编程的逻辑控制器。它没有的硬件，而是在SINUME RIK802S控制系统中作为一个软件PLC使用。 PLC的任务是控制机床相关功能的顺序。 PLC循环执行用户程序。PLC总是按相同的顺序循环。 ? 刷新处理映象区 ? 处理通讯请求 ? 执行用户程序 第20页共38页 ? 处理报警 ? 输出处理映象区 4.3 PLC 用户拿到的802S带有一个模拟程序。 模拟程序是802完整系统软件的一部分。即使没有数字和输出模块，模拟程序也容许控制系 统工作。用户程序处理所有确切定义的键也处理轴键盘的预设定键。 轴和主轴将切换到模拟状态，不执行实际轴运动。将每个进给轴/主轴的使能禁止信号置为“1”。由于这个原因，实际上无论是进给轴还是主轴都处于模拟状态。用户可利用该程序 去测试“操作面板/机床了、控制面板/ECU”部件的内部关系。 4.4 PLC 在机床上加工工件时，CNC利用零件程序可以事先设定坐标轴加工位置和插补方式，也 可以设置进给、主轴转速、齿轮级、换刀等功能，另外还可以设置一些对机床附属设备进行 控制的辅助功能，比如滑枕向前、夹持器张开、卡盘夹紧等等。 下述辅助功能可以输出到PLC： ?辅助功能M ?刀具号T 在程序加工过程中可以在某一特定的时间激活某一功能，并输出到PLC。 零件程序中每个程序可以编程以下一些功能： ?5个M功能 ?1个S功能 ?1个T功能 ?1个D功能 ?1个F功能 但一个程序段中最多只能编程10个辅助功能。比如： N10 S300 T1 D2 M3 M87 如果一个程序段中编程的饿辅助功能超出允许的个数，则给出报警12010。 M 第21页共38页 机床上的各种开关操作可以通过零件中的M功能指令激活 T 在某一加工过程中需要某一刀具，这可以由PLC通过T功能实现。换刀时是用T功能 直接进行，还是必须后接M6指令才生效，这可以通过机床数据设定。 编程的T功能可以作为刀具号，也可以作为位置号。 T 每个程序段只能可以有1个T功能指令。 待输出的辅助功能M和T可以通过机床数据分为不同的功能组。 每个辅助功能只允许属于一组功能。 每个程序段中只可以编程一个辅助功能，否则会发出报警14760。 最多可以定义15个辅助功能组。在这15个辅助功能组中，最多可以分配50个辅助功能，标准预置的辅助功能不在其列。 在机床数据MD：AUXFU-AMXNM-GROUP-ASSIGN中输入功能组中实际所分配的辅助功能个数。 4.5 PLC ?使用“诊断/调试开关/PLC”软键选择模拟。由“诊断/维修信息/版本/PLC应用”。 ? MD20700设为零 ? 按相应的键检查设定 ?方式选择 ?进给轴键 ? NC键 PLC的启动方式 第22页共38页 有两种途径可进入PLC的启动方式 启动菜单 操作面板 PLC用户接口PLC程序选择 程序状态 记忆数据 调试菜单 调试开关 相关的MD （备份） NCK启动 正常上电位来自FLASH存原有PLCMD正常上电 运行 未变化 置“0” 储器的用户程序 仍有效 用缺省值上用缺省值上电位来自FLASH存 标准的PLC 删除 MD 电位置“1” 置 储器的用户程序 用存储数据来自FLASH存 保存的PLC 用存储数据上电 保护数据 MD 上电位置储器的用户程序 “3” 上电后PLC 原有的PLC 未变化 停止 未变化 停位置“4” MD仍有效 PLC启动 来自FLASH存原有的PLC 再启动 运行 未变化 储器的用户程序 MD仍有效 再启动和排故方来自FLASH存原有的PLC 停止 未变化 式 储器的用户程序 MD仍有效 原有的PLC 带模拟的再启动 模拟程序 运行 未变化 MD仍有效 来自FLASH存原有的PLC 总复位 运行 删除 储器的用户程序 MD仍有效 总复位和排故方来自FLASH存原有的PLC 停止 删除 式 储器的用户程序 MD仍有效 ＊ 诊断/调试/调试开关/NCK软键 ＊ 诊断/调试/调试开关/PLC软键 第23页共38页 5.1 主轴伺服系统发生故障时，通常有三种表现形式： (1) 是CRT或操作面板上显示报警 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 或报警信息； (2) 是在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示主轴驱动装置的故障； (3) 是主轴工作不正常但无任何报警信息。 对于报警，常见的主轴单元的故障 序号 故障现象 故障原因 排除方法 1 主轴不转 机械负载过大 进行量减少 主轴系统外部信号未参数及指令重新设定 满足 2 电动机转速异常式转速度指令不正常 检查速度反馈 速不稳定 测速反馈不稳定期 检查反馈环节 电机烧坏 更换电机 3 主轴转速为零 受电磁干扰 隔离 接地不良 接地结重新连接 4 主轴异常噪声或振动 主轴机械侧部分引起 更新或重新装 主轴振动周期与转速主轴驱动装置重新调 与无关 整 5.2 软件故障是指系统参数、控制参数、驱动器配置参数或者是PLC程序设置不当。 （1）数控机床停机故障多数是由软件错误、参数丢失或操作不当引发的。 （2）检查软件可以避免拆卸机床而引发的许多麻烦。软件故障只要把相应的软件内容 恢复正常之后就可以排除。 第24页共38页 故障现象：主轴低速不稳，而且不能准停 故障原因：反馈信号不好 排除故障方法：1.检查确认主轴电机反馈信号插头是否松动 2.更换主轴电机编码器 3.更换定位用的磁传感器 第25页共38页 此次关于数控铣床主轴控制PLC程序设计其内容主要包括主轴、PLC、变频器三部分，他们相互之间的一个有序有效的配合使用，作为一个整体的组成部件，也是数控铣床的核心 所在。随着科学技术的不断进步和社会生产的不断发展，人们对机械产品的质量和生产率越 来越高要求的提出，机床数控化改造的市场在我国有着很大的发展空间。因此本毕业设计具 有很强的实用性。 对于主轴的正反转是通过PLC的指令和变频器的信号共同来实现。而PLC的指令和程序更是其中的核心部分．PLC是一个用于机床的可存贮可编程的逻辑控制器，而是在 SINUMERIK802S控制系统中作为一个软件PLC使用。其任务是控制机床相关功能的顺序，总 是循环执行用户的程序主轴则是实现各种机械运动的基础，主轴运转中可以在全速范围内进 行无级调整，但从安全角度考虑，每次只能调高或调低在允许的范围内，不能有大起大落的 突变。在数控铣床的主轴套筒内一般都设有自动拉、退刀装置，能在数秒种内完成装刀与卸 刀，使换刀显得较方便。而变频器则是用于控制三相交流电动机的速度，采用具有现代先进 技术水平的绝缘栅双极型 晶体管(IGBT) 作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可 靠性和功能的多样性。开关频率可选的脉冲宽 度调制使电动机运行的噪声得以减少。 对于PLC控制系统设计时遵循以下几个原则： 1. 最大限度地满足被控对象的控制要求 2. 保证PLC控制系统安全可靠 3. 力求简单、经济、使用及维修方便 4. 适应发展的需要 由此可见，主轴、PLC、变频器三者相辅相成，若能很好的处理他们的兼容性和稳定性 对铣床的整体性能会有一个很大的提升空间，这也是很多专家研究的原因所在。 第26页共38页 [1]徐宏海 主编.数控铣床. 化工工业出版社 2006 [2]张振国 主编.数控机床结构与应用. 北京:机械工业出版社,1990 [3]林其骏 主编.机床数控系统. 北京:中国科学技术出版社,1991 [4]王润孝 主编.机床控制原理与系统. 西安:西北工业大学出版社,1988 [5]戴一平 主编.可编程控制器技术及应用. 北京: 机械工业出版社,2004 第27页共38页 大学的学习生活即将结束，在此毕业设计的制作过程中，得到了多位老师的耐心帮助， 也获得不少相关的资料。本文能够成功的完成，但却不是个人智慧的产品，没有导师的指引 和赠予，没有父母和朋友的帮助和支持，我在大学的学术成长也不会那么的顺利。要特别感 谢我的导师黄文广老师和许孔扬老师的关怀和教导，对我的构思以及论文的内容进行多次指 导和悉心指点，使我在完成论文的同时也深受启发和教育。最后，即将踏入社会的我会本着 以求实、求精、求新的精神再接再厉，勇往直前。 谨以此文表此心意！ 第28页共38页 PLC程序图1 第29页共38页 PLC程序图2 第30页共38页 第31页共38页 PLC程序图3 第32页共38页 PLC程序图4 第33页共38页 PLC程序图5 第34页共38页 PLC程序图6 第35页共38页 PLC程序图7 第36页共38页 PLC参数表 表一 地址 注释 V31000000.2 手动 V31000001.0 M115.0 Static M03 M115.1 Static M04 M115.2 M03 is already active M115.3 M04 is already active M115.4 Program M03 while M04 is still active M115.5 Program M04 while M03 is still active L2.2 Uni-polar analog spindle select (NO L2.3 Spindle CW key L2.4 Spindle CCW key L3.4 Spindle CW commond L3.6 Spindle CCW commond 表二 名称 地址 注释 N_EMG_STOP V2600000.1 Signal to NCK: Emergency Stop N_EMG_ACK V2600000.2 SignaltoNCK: Emergency Stop Acknowledgement N_LEVEL7 V2600000.4 Signal to NCK: Protection level 7 N_LEVEL6 V2600000.5 Signal to NCK: Protection level 6 N_LEVEL5 V2600000.6 Signal to NCK: Protection level 5 N_LEVEL4 V2600000.7 Signal to NCK: Protection level 4 N_DTG_REQ V2600001.1 Signal to NCK: Distance To Go required N_POS_REQ V2600001.2 Signal to NCK: actual position required P_N_EMG_ACT V2600000.1 Signal from NCK: Emergency Stop active P_N_DRV_RDY V2600002.6 Signal from NCK: Drive Ready P_N_ALARM V2600003.0 Signal from NCK: NCK alarm present P_N_ALARM_T V2600003.6 Signal from NCK: Air temperature alarm 第37页共38页 第38页共38页