（机械工程专业论文）三轴加工中心机床电气设计及研究.pdf

哈尔滨工程大学硬士学位论文 摘要 个企业只有创出优良的产品，才能在市场中立稳脚跟。市场要求企业 提供优良的产品。要想提供优良的产品，就需要良好的设各做后盾。良好的 机床能够为企业在竞争激烈的市场中提供高质量、高效率、多种类型的产品。 这就要求机床设计向着数控领域发展。本文研究的数控系统能够完成多种类 型加工任务，论文研究的内容具有广阔的应用前景。 论文首先介绍了应用在国内外机床行业的数控系统的国内外发展现状和 应用情况。论文从实际应用的角度出发，探讨数控系统的选型方法和过程。 选型后，根据实际应用选定数控系统的电源模块，驱动模块，驱动电机等硬 件，选定p l c ，设定可编程控制器的输入输出地址。 建立一个8 4 0 d 数控系统，整个系统部件分为9 4 0 d 数控系统部分和外部 p l c 模块。设计过程中应用了装有m m c 软件的操作面板o p 3 1 ，再其上进行 了配置伺服部件，分配轴位置，设定轴参数；并在基于s t e p 软件环境下。 建立一个项目，并对硬件进行了组态，逻辑控制编程及报警文本编制。 论文最后进行对系统进行调试。介绍了p l c 的程序调试方法，并对数控 系统进行了伺服优化。 本文系统的总结8 4 0 d 数控系统应用的方法。在全文中得出了应用数据 块和功能块对机床控制进行编程的良好编程方法。 关键词：组态；操作面板；项日 啥尔滨工程大学硬士学位论文 a b s t r a c t o n ec o m p a n yc a r lo n l ys u r v i v et h em a r k e tb yc r e a t i n gq l l a l 时p r o d u c t , w h i c h i sg u a r a n t e e db ye x c e l l e n te q u i p m e n t g o o dm a c h i n ec 跖p r o d u c eh i g hq u a l i t y a n dd i v e r s i t yp r o d u c t sw i t hk g he f f i c i e n c y t h u st h en cm a c h i n e sr r er e q u i r e d f o rt h i sp u r p o s e n 掂n cs y s t e mr e s e a r c h e db yt h i sp a p e ri sc a p a b l et oa c c o m p l i s h d i v e r s i f i e dm a c h i n i n gt a s k n ec o n t e n to ft h ep a p e rw i l lh a v eab r o a da n db r i g h t f u t u r e 1 1 i ep a p e rf i r s td e s c r i b e st h ed e v e l o p m e n ts t a t u sa n da p p l i c a t i o no fn c s y s t e mi nm a c h i n ei n d u s t r yb o t hi n c h i l l aa n da b r o a d t h et y p es e l e c t i o no f c n cs y s t e mi sd i s c u s s e df r o mt h ea p p l i c a t i o np o m to fv i e w a r c rt h et y p e s e l e c t i o n ，t h es o f t w a r ea n dh a r d w a r ec o n f i g u r a t i o ni sa n a l y z e d w es e l e c tt h e p o w e rm o d u l e 、d r i v em o d u l e 、d r i v em o t o ra n dc o r t f i g u r a t ea d d r e s so f i o n ew h o l es y s t e mc o n s i s t so f8 4 0 dn cs y s t e ma n de x t e r n a lp l cm o d u l e t h eo p e r a t i o np a n e lo p 3 1i n s t a l l e di sa p p l i e df o rt h ed e s i g n o l lt h eo p3 1 ，t h e s e l v op a r t sa l ec o n f i g u r e d ap r o j p e ti se s t a b f i s h e du n d e rs t e p 7 ，a n dt h e c o n f i g u r a t i o no f r e l a t eh a r d w a r ea n dl o g i c a lc o n t r o lp r o g r a m m i n ga r ep e r f o r m e d t h ec o m m i s s i o n i n go ft h es y s t e mi ss y s t e mi sc a r r i e do u ta tt h ee n do ft h e p a p e r t h em e t h o do fp l cp r o g r a md e b u gi sd e s c r i b e d ，a n dn cs y s t e mi s o p t i m i z e d n ep a p e rs u m m a r i z et h ea p p l i c a t i o n so f8 4 0 1 ) n cs y s t e ma n de l i c i tt h e g o o dm e t h o do fp r o g r a m m i n g k e y w o r d s ： c o n f i g u r a t i o n ；o l 埒r a t i o np a n e l ；p r o j e c t 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献等的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中 已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出贡献的个 人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本人完全意识 到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：重鏖虱盐 日期；驴年2 月z 捆 堕叠堡三篓奎兰堕主堂垒笙奎 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景和意义 2 0 0 2 - - 2 0 0 3 年，微型车市场竞争激烈，在激烈的市场竞争中，我们的微 车发动机产量稳中有升。由原来的年产十几万攀升三十七万多台，市场的需 求要求我们要提高生产效率，保证产品质量，确保东安发动机在微车市场的 占有率。 一个优良品牌的形成，除了要有良好的管理，同时也对生产质量提出了 更高的要求，只有保质保量才能创出优良的产品，才能在市场中立稳脚跟。 市场的需求对设备提出了新的要求，要适应快速生产、具有良好的稳定性能、 加工产品的多样性的特点。成本、质量、生产率和产量、交货期是衡量企业 生产能力和市场竞争能力的4 个要素，采用传统的非数控生产方式只有达到 一定阈值的大批量的规模生产才能取得上述4 个方面的统一。但在当前激烈 的市场竞争环境下，以生产为中心，企业为主导的卖方市场已转向以市场需 求为中心、用户为主导的买方市场，产品需求呈现多样化和个性化，且产品 经济寿命大大缩短，这首先将形成以多品种变批量的生产方式为主流的生产 环境：其次，衡量企业竞争力的首位因素也由成本转为交货期。 发展柔性结构体系的数控制造装备及制造系统是实现在快速多变的市场 环境中对用户驱动的市场需求做出灵活、快速响应的关键。1 。针对生产的需 要，我们将选取数控系统来配置机床，采用数控电机做驱动控制电机，伺服 主轴为旋转主轴，从而提供不同的进给加工速度、旋转切削速度，用以满足 产品工艺加工要求。 显而易见，一个数控系统组成的三轴加工中心与普通的设备相比，具有 以下优势： ( 1 )三轴加工中心机床的柔性高，可适合d a 4 6 2 、d a 4 6 2 - 1 a 、 哈尔滨工程大学硕士学位论文 d a 4 6 5 q 、d a 4 6 5 q i a 等多种产品的生产。 ( 2 ) 可提供灵活的加工速度、快速进给速度、切削转速及加工尺寸。 这些参数可通过人机界面快速修改，大大的提高生产改型的速 度。 ( 3 ) 数控系统具有良好的动态性能，大的调速范围，重复加工的稳 定性高，定位精度高，具有刀具补偿功能。 ( 4 )良好的数控系统自身提供了安全报保护功能，如软极限保护功 能、硬极限设定、轮廓监控功能、主轴及伺服轴的功率和电流 等监控功能，上述功能对机床的保护( 指对滑台、丝杠、刀具 的寿命) 是普通设备无法相比的。 ( 5 ) m m c - - 人机通讯。数控系统提供人机界面，在这些友好的界 面可方便的修改数控系统的配置、轴参数、n c 程序。m m c 提供了二次开发的接口，可由设计人员二次开发，编写各种报 警界面。 课题研究目的： 通过对三轴加工中心电气部分的设计及数控控制系统的研究，本课题主 要达到以下目的： ( 1 ) 选择合适的数控系统( 电源模块、n c u 、驱动模块的选型，i o 模板的选定。) ( 2 ) 了解并掌握数控系统的基本设定，对伺服电机进行合理的参数 设定。 ( 3 ) 完成报警文本的编辑。 ( 4 ) 制定n c 程序、编写p l c 程序，确保机床的安全运行。 1 2 国内外与本课题相关领域的研究水平及发展方向 国内外的数控系统可谓五花八门，品种繁多，其中较为著名的品牌有德 国的西门子( s i e m e n s ) 数控系统、日本法拉克f f a n o c ) 系列、日本的安 2 哈尔滨工程大学硬士学位论文 川数控叫。 1 2 1 国外数控系统介绍 1 2 1 1 德国s i e m e n s 数控系统 ( 1 ) 8 0 2 d 数控系统 c n c 、p l c 、h m i 和通讯任务集成于一身。免维护的硬件集成了 p r o f i b u s 接口用于驱动和i o 模块并具有速装结构的超薄操作面板“”。 s i n u m e r i k8 0 2 db a s el i n e 可控制最多2 个数字进给轴和1 个主轴。 8 0 2 db o s el i n e 配备s i m o d r i v e6 1i u e 和带编码器的1 f k7 伺服电机做为 进给驱动。 下列部件可以与s i n u m e r i k8 0 2 db a s el i n e 连接： 全数控键盘( 竖直布置或水平布置，最多1 个) 通过p r o f i b u s 连接的i o 模块p p7 2 4 8 ( 最多2 个) 通过p r o f i b u s 连接的伺服驱动系统s i m o d r i v e6 11u e ( 最多4 个总 线节点) 电子手轮 小型手持装置 其机床控制面板m c p 提供了用于车床和铣床的简单而又经济的标准解 决方案。除了操作机床所需的全部按键和开关以外，还提供有6 个用户定义 键( l e d 显示) 。模式选择、两个倍率开关、n c 启动和停止、主轴功能和复 位等的接线工作即全部完成。”e m e r g e n c ys t o p ( 紧急制动) 开关配装有 一个常开触点和一个常闭触点。 s i n u m e r i k8 0 2 1 ) b a s el i n e 控制软件已经存储在数控部分的 f l a s h - e p r o m ( 闪存) 上，t o o l b o x 软件工具( 调整所用的软件工具) 包含在标准 的供货范围内。系统不再需要电池，免维护设计。它采用电容防止掉电引起 的数据丢失。程序的变化和新程序软件存储。系统软件面向车床和铣床应用， 并可单独安装。在每个工具盒中都包含有车床和铣床的p l c 程序示例， 3 晗尔滨工程大学硬士学位论文 以便用户能很快地调试完毕。 ( 2 ) 8 0 2 s 数控系统 s n i m 哐赃：8 0 2 sb a s el i n e 控制单元和操作 面板 s n l 正i u k8 0 2 sb a s el i n e 是专门为中国 数控机床市场而开发的经济型c n c 控制系统。 其特性如下： 图1 18 0 2 s 正面视图 它结构紧凑，高度集成于一体的数控单元， 操作面板，机床操作面板和输入输出单元；机床谤试配置数据少，系统与机 床匹配更快速、更容易；简单而友好的编程界面。 保证了生产的快速进行，优化了机床的使用。 s n u 眦糊贩8 0 2 sb a s el l n e 集成了所有的 c n c ，p l c ，咀，i o 于一身“”： 可独立于其他部件进行安装。坚固而又节省 空间的设计，使它可以安装到最方便用户的 位置 图1 28 0 2 s 驱动视图 操作面板提供了所有的数控操作，编程和机床控制动作的按键以及8 英寸l c d 显示器，同对还提供，2 个带有l e d 的用户自定义键。工 作方式选择( 6 种) ，进给速度修调，主轴速度修调，数控启动与数控 停止，系统复位均采用按键形式进行操作 s i n u m e r i k8 0 2 sb a s el i n e 的输入，输出点为4 8 个2 4 v 的直流输入 和1 6 个2 4 v 的直流输出。输出同时工作系数为0 5 时负载能力可达 0 5 a 。为了方便安装，输入输出采用可移动的螺丝夹紧端子。该端子 可用普通的螺丝刀来紧固 、 s i n u m e r i k8 0 2 sb a s el i n e 可控制三个进给轴。 s l n u m e r i k 8 0 2 sb a s el i n e 提供脉冲及方向信号的步进驱动接口。 4 晗尔滨工程大学硕士学位论文 除三个进给轴外，s l n u m e r i k8 0 2 sb a s el i n e 提供一个1 0 v 的接 口用于连接主轴驱动。 s i n u m e r i k8 0 2 sb a s el i n e 控制软件已经存储在数控部分的 f i a s h - e p r o m ( 闪存) 上，t o o l b o x 软件工具( 调整所用的软件工具) 包含在标准 的供货范围内。系统不再需要电池，免维护设计。采用电容防止掉电引起的 数据丢失。程序的变化和新程序软件存储。系统软件面向车床和铣床应用， 并可单独安装。在每一个工具盒中都包含有车床和铣床的p l c 程序示例， 以便用户能很快地调试完毕。 o ) 8 4 0 c 数控系统 g 衄瓠篮蟊颤h 鞠颤 一一 用于车床和铣床轨迹控制的模块化微处理器c n c 系统，内装功能强大的 p l c l 3 5 、凇 基本软件中包括的c n c - 功能“” 表1 1 功能介绍 显示 操作 屏幕显示 分为5 个操作范围( 区域) 运行状态文字显示 1 4 个软件按键支持的软件菜单操作 机床控制面板和带l e d 的用户按键 操作面板禁止 图形编程( 固定循环参数编程) 操作面板转换 多通道显示机床操作面板的钥匙开关 示器暗置不用操作面板和n c 全键盘操作 双溜板显示内装文本编辑器可方便地进行文字编辑 铣削程序模拟 运行方式机床主轴配量 自动 主轴功能软件包 中断或暂停后继续自动运行方式 主轴变换 在自动或调整方式下存入s t m h 参数 在自动运行方式下，下述操作操作的影响 j o g 方式( 调整) 示数 m d a ( 手动输入) 预置设定新的坐标参考点 运行方式可通过机床功能补充 哈尔滨工程大学硕士学位论文 ( 续表) 通道和运行方式组的机床配置遣皿亍莲明过程的机斥配置 一个c n c 通道直线与圆弧插补 一个运行方式组3 d 插补螺旋线插补 通道结构：和n c 轴或插补轨迹同时异步和独立的进给轴同时定位 运行 加权因子 把插补通道分成运行方式组 热起动 机床进给轴配置 车、铣加工 1 5 个测量回路功能用于伺服轴和主轴( 最 输入系统：公制或英制；机床：公制或英制大6 个主轴) 公制或英制转换轴的地址可由机床数据位选择 输入单位可选轴特殊的采样时间 测量系统猜度可由适配因子和位置控制轴的特殊精度 精度相适应据程序钥匙对轴任意编址 位置控制精度和输入单位无关并可选择轴的跟随运行 程序范围为+ - 8 位数取决于输入单位和程序试运行，不启动机床或仅带一个轴运 位置控制精度。行程序 位置控制输出：最大+ - 1 0 v 陀m a扩展地址，例如用q 1 $ 。q 2 $ q 3 $ 标记辅 进给和快进；最小进给量m m 分$ 1 0 x 输 助轴 入单位无限制转动的旋转轴 5 个钡j 量回路功能用于伺服轴和主轴双溜板或双主轴结构 高精度的旋转轴 轴变换 校正和补偿 进给修调0 1 2 0 ( 0 - 1 3 0 1 勾部) 外部附加的零点偏置 快进修调0 - 1 0 0 刀具补偿包括8 1 9 个刀补段包括刀具号 主轴速度修调5 0 1 2 0 ( o 一1 , 5 0 f j刀具类型。几何长度磨损情况。基本尺寸 部) 5 轴刀具长度补偿( 和5 鞋线性插 相关) 每轴可存4 个零点偏置切削半径，铣削半径轨迹补偿 每轴可存4 个附加零点偏置 每个轴的间隙补偿 每轴有2 个可编程零点偏置补偿 c n c - , t 程 p l c 煽程 在加工过程中同时编程 s t e p5 编程语言。具有丰富的指令库 在加工过程中可同时进行程序和p l c 报编程方式可用a w l 。k o p ，f u p 和g r a p h 警文本复制，删除和编辑 5 在程序中加注释 在c n c 和p l c 之间宽接口用于数据快速 主程序号4 位+ 进制数 交换 每个程序段3 个m 功能 所有线性轴路径镜象 子程序技术 1 0 2 4 个输入点 子程序号4 位+ 进制数 1 0 2 4 个输出点 扩展地址方式 1 2 8 个计时器肘间范围0 0 1 秒- 9 9 9 0 秒 6 啥尔滨工程大学硕士学位论文 ( 续表) 程序跳转g o r 0 c a s e l f1 h e n e l s e w h l l e1 2 8 个计数器计数范围0 - 9 9 9 图形支持的轮廓编程1 0 2 4 个标志 图形支持的车削和铣削标准循环程序结构 圆弧半径直接编程 通过p l c 给出c n c 轴路径 灵活的平面选择 通过p l c 进行换刀和刀库控制 绝对地址与相对地址编程 备用刀具 极坐标编程功能块调用 参数技术 p l c 中2 5 6 个定时器2 5 6 个计数嚣 坐标变换t r a n s m l t 用于车床上的车， 铣方式变换 存储嚣结构数据交换 在硬盘中可存3 2 0 0 0 个程穿( 取决于存储 通用串行接口 器结构)r s 2 3 2 c ( v - 2 4 ) t t y ( 2 0 m a ) 参数可设置 c n c - 用户存储器中1m b y t e r a m 为加工9 6 0 0 波特 子程序使用 在加工时可同时读入和输出程序及p l c 硬盘上5 m b y t e 中央用户存储器 报警信息 p l c 用户程序存储器3 2 k b y t e ( r a m ) 功能全面的文件管理方式 p l c - 用户数据存储器8 k b y t e ( r a m ) 根据工件的数据处理 用一条指令存入，取出一个工件的所有数 据和程序 用一条指令存入多个的工件 通过文字提示来设置接口 安全功能 接- 1 诊断 查笪堑直堡丝壑董墨丝望茎堂旦塑塑堕旦2 ( 4 ) 8 4 0 d 数控系统 s i n u m e r i k8 4 0 d 数字n c 系统用于各种复杂加工 西门子公司突出的产品s i n l i m e r i k8 4 0 i ) ，它在复杂的系统平台上，通 过系统设定而适于各种控制技术。8 4 0 d 与s 肿庙伍r 1 l 数字驱动系统和 s i m a t i c $ 7 可编程控制器一起，构成全数字控制系统，它适于各种复杂加工 任务的控制，具有优于其它系统的动态品质和控制精度“”。 7 晗尔滨工程大学顼士学位论文 标准控制系统的特征是具有大量的控制功能，如钻削、车削、铣削、磨 削以及特殊控制，这些功能在使用中不会有任何相互影响。由于开放的结构， 这个完整的系统也适于其它技术如剪切、冲压和激光加工等。 s 蹦u m e k8 4 0 d 的突出之处在于其不断扩展的特性。s 踟i r i k 8 4 0 d 强大的网络功能，使其突现现代化管理成为可能。例如，n c 现在包括 神经网络，其自学习、自优化系统使系统的调整时间大为缩短。精调也可按 机床用户的要求简单自动地进行。另外在s i n u m e r i k8 4 0 d 和s i m o d r i v e 6 l l 的基础上，只需最少的硬件和软件投资，即可生成易于使用的仿形数字 化系统。最大限度集成是s i e m e n s 的一贯作风s i n u m e r i k8 4 0 d 集成在 与m o d r i v e6 1l 控制模块相同的5 0 m m 宽框架中，将s l n u m e r i k8 4 0 d ， s i m o d r i v e6 1 1 d ，加上先进的s i m a t i cs 7 系统，即为机床的自动化提供 了全方位的解决方案：全数字化的系统、革新的系统结构、更高的控制品质、 更高的系统分辨率以及更短的采样时间，确保了流的工件质量。 s i n u m e r i k8 4 0 d ：标准的数控系统适于几乎所有的应用 它采用了当今最先进的控制概念、适用于钻削、铣削以及车削和磨削机 床加工的控制。例如，具有数控系统和s i m o d r i v e 间数字通讯的车床可以 达到磨床的加工精度。 强大鹊系统功能 8 4 0 d 还可以实现许多特殊的n c 功能，这在同类系统中是难以看到的。 1 2 1 2 日本f a n u c 数控系统 表1 , 2f a n u c 系列 高可靠性、高性能价格比的c n c ， 与显示器成为一体的删c 控制萃元。 b e i j i n g - f a n u c0 i 0 im a t eb 系列 哈尔滨工程大学硕士学位论文 ( 续表) 是作为低价位机床而开发的高可靠 性的c n c 。 f a n i i c1 6 i 1 8 i 2 1 im o d e lb 系列 具有网络功能的超小型、超薄型 c n c 。 其控制单元与l c d 集成于一体的c n c 系统 f _ a n 【 c2 1 i 超小型 高速、高精度的伺服控制 通过极其平滑旋转的伺服电机、高精度的电流检测、高响应和高分辨率 的脉冲编码器等硬件和伺服h r v 控制的有机结合，可以实现高速、高精度 的进给控制。此外，通过自动跟踪的h r v 滤波器，可以避免因频率变化而 造成的机床共振。 通过使用高速d s p 和先进的控制算法( 主轴h r v 控制) ，提高了电流 控制的快速响应和高稳定性。 通过缩短速度回路的取样时间和高分辨率的检测电路，实现了高响应、 高精度豹主轴控制。 此外。还可大大提高c 轴轮廓控制的性能高速、高精度的伺服控制 通过极其平滑旋转的伺服电机、高精度的电流检测、高响应和高分辨率 的脉冲编码器等硬件和伺服h r v 控制的有机结合，可以实现高速、高精度 9 啥尔滨工程大学硕士学位论文 的进给控制有效地减少了工件形状的拐角处，或小半径圆弧的伺服跟踪误差， 并有效地提高了加工速度和加工精度。 a j 轮廓控制可以实现更加高速、高精度的加工。 1 2 2 国内数控系统发展现状 1 2 2 1 华中数控介绍 世纪星h n c - 2 1 2 2 m 铣削系统一系统简介华中”世纪星n 数控系统是在华 中i 型、华中2 0 0 0 系列数控系统的基础上， 满足用户对低价格、高性能、简单、可靠的 要求而开发的数控系统脚3 。系统采用了9 4 寸 真彩矸t 液晶显示器( 分辨率为6 4 0 4 8 0 ，色 彩2 5 6 k 色) ，具有高亮度、高对比度，色彩 丰富，视角范围宽广等优点。适用于各种车、 图1 3 世纪星数控显示器 铣床a n t 中心等机床的控制，采用国际标准g 代码编程，与各种流行的c a d c a m 自动编程系统兼容，结构牢靠，造型美 观，体积小巧，具有极高的性能价格比。目前已广泛用于车、铣、磨、锻、 齿轮、仿形、激光加工、纺织、医疗等设备。最大联动轴数为4 轴。 此外，可通过自动跟踪的l 珏滤波器，可以避免因频率变化而造成的 机床共振。 随时对加工程序指令值进行比例缩放，范围从o 0 0 1 到9 9 9 9 9 9 倍，或从 o 0 0 0 0 1 到9 9 9 9 9 9 倍。a i 提前预测控制可以予读多个加工程序段，实现了切 削速度最佳的加减速控制。 可选配各种类型的脉冲式( h s v 1 6 系列全数字交流伺服驱动单元) ， 模拟式交流伺服驱动单元或步迸电机驱动单元以及h s v 1 l 系列串行接口伺 服驱动单元。 除标准机床控制面板外，配置4 0 路开关量输入和3 2 路开关量输出接口、 手持单元接口、主轴控制与编码器接口。还可扩展远程1 2 8 路输a 1 2 8 路输 1 0 蹬尔滨工程大学硬士学拉论文 出端子板。 采用7 7 ( h n c - 2 2 m 为1 0 4 ) 彩色液晶显示器( 分辨率为6 4 0 ) d o w n l o a d 下 哈尔滨工程大学硬士学位论文 载程序到c p u ，用o k 确认提示。 、当你完成下载之后，这些程序块就显示在线窗口。 4 2 5 6 接通c p u 并检查操作模式 i 、将操作模式开关转为r u n - p 。绿色自铲r u n l e d 点亮而红皂r s t o p ” l e d 灭掉。这表示c p u 已为操作作好准备。 、当绿色l e d 交亮时，可以开始测试程序。 i 、如果红色l e d 仍亮着，说明有错误出现。需要评估诊断缓存区以便 诊断错误。 4 2 5 7 下载单个块 在实际当中，为对错误做出快速反应，可以使用拖放功能将块一个个 的传送到c p u 。当下载块时，c p u 上的操作模式开关必须在“r u n - p ”或 “s t o p ”模式。在“r u n - p ”模式下载的块立即被启动，因此，必须记住以 下各事项： 1 ) 如果没有错误的块被错误块重写，这将导致系统故障。可以在下载 块之前对他们进行测试从而避免这种情况。 2 ) 应按照以下顺序下载块：首先是子程序块，然后时更高一级的块。 否则c p u 将进入“s t o p ”模式。可以下载整个程序到c p u ，从而 避免这种情况。 4 2 6 在线编程 如果为澳9 试目的，需要修改已经下载到c p u 的块。在在线窗口双击所需 的块，打开l a d s t l f b d 编程窗口。然后象通常一样编程该块。注意，这 个编完的块会立即在你的c p u 中生效。 4 2 7 用程序状态测试程序 使用程序状态( p r o g r a ms t a t u s ) 功能。这一功能的需求是：你已建立了 与c p u 的在线连接，该c p u 在r u n 或r u n - p 模式，并且程序已经下载。 在项目窗口打开o b i ，l a d s t l f b d 编辑窗口打开，激活功能 哈尔滨工程大学硬士学位论文 d e b u g m o n r o r 。 1 ) 梯形逻辑进行调试 段中的电路以梯形逻辑的形式显示，当支路表示为一条实线，表明已为 该电路提供电源。可以通过编程的段中颜色的变化来追踪测试结果。这种颜 色变化显示该点逻辑操作结果满足。 2 ) 功能块图进行调试 信号状态由“0 ”和“1 ”指示。点虚线表示没有逻辑操作结果。 3 ) 语句表进行调试 在语句表中，以表格的形式显示以下内容： 逻辑操作结果( i 也o ) 状态位( s r i a ) 标准状态( s t a n d a r d ) 当逻辑操作结果满足时，s t a 和r l o 栏中显示变化。 释放功能d e b u g m o n i t o r 并关闭窗口，然后关闭s i m a t i cm a n a g e r 中的 在线窗口。 不要将大规模的程序全部下载到c p u 中运行，因为，可能的错误源的数 量会使故障诊断更困难。因此，应将会单个的下裁并测试它们。 4 2 8 用变量表测试程序 可以通过监视和修改功能铡试各个程序变量。这一功能的要求是已经建 立可与c p u 的在线连接，该c p u 在r u n p 模式并且程序已下载。与用程序 状态测试一样，可以在变量表中监视段中的输入输出。 4 2 8 1 创建变量表 在s i m a t i cm a n a g e r 中打开项目，浏览找到b l o c k s 文件夹并用鼠标右 键点击右半窗口，用鼠标右键的弹出菜单插入一个v a f f a b l e t a b l e 。用o k 关 闭“p r o p e r t i e s ”对话框接受缺省设置。一个v a t l 在b l o c k s 文件夹中生成。 双击打开v a t l ；“m o n i t o r i n g a n d m o d i f y i n g v a r i a b l e s ”窗口将被打开。开始 晗尔滨工程大学硕士学位论文 时，变量表是空的，需要自己掭加符号名或地址，用e n t e r 完成输入项后， 其余的明细数据会加进来。最后s a v e 。 4 2 8 2 将变量表切换为在线 点击“m o n i t o r i n ga n dm o d i f y i n gv a r i a b l e s ”窗口工具栏中的o n 按钮建 立与组态的c p u 之间的连接。“o n l i n e ”的字样则会出现在状态栏中。将 c p u 的钥匙开关设置为r u n p 。 4 2 8 3 监视变量 点击工具栏中的m o n i t o rv a r i a b l e s 。c p u 的操作模式显示在状态栏中。 按下你所测试的组态中的k e y l 和k e y 2 。监视变量表中的结果 4 2 8 4 修改变量 在m o d i f yv a l u e 这一栏中对变量进行修改。然后s a v e ，最后传送修改值 到c p u 。 在传送之后，这些数值将在c p u 中被处理。可以看到比较的结果。停止 监视变量并关闭窗口，对任何提问回答y e s 或o k 。 4 2 9 评估诊断缓存区 在一个极端的情况下，如果在处理一个s 7 程序时c p u 进入s t o p ，或 者当你下载程序后无法将c p u 切换为r u n ，可以从诊断缓存区的事件列表 率判定错误的原因。这一功能的前提是与c p u 建立连接并且c p u 处在s t o p 模式。 首先将c p u 上的操作模式开关转换为s t o p 。然后打开s i m a t i c m a n a g e r 中的项目并选择b l o c k s 文件夹( 如果项目中有几个c p u ，首先要判 定是那个c p u 进入s t o p 状态。所有可访问的c p u 都列在“d i a g n o s i n g h 甜如淄e ”对话框中，处于s t o p 操作模式的c p u 被姗亮，在“g e t t i n gs t a r t e d ” 项目中只显示有一个c p u ) 。点击m o d u l ei n f o r m a t i o n ，对该c p u 诊断缓存 区进行评估( “m o d u l ei n f o r m a t i o n ”窗口提供了有关于c p u 的特性及参数 的信息) 。 4 7 哙尔滨工程大学硕士学位论文 4 3 本童小结 在此章中，使用m m c 软件对8 4 0 i ) 数控系统中的轴参数、驱动参数进 行配置，编制加工程序。利用m m c 软件所提供的诊断功能可方便快捷发现 配置系统时产生的系统错误。同时使用m m c 软件对已做过的工作，如系统 参数、系统程序，及时做备份( 即可以备份p l c 程序又可以备份n c 程序) 。 使用s t e p7 软件包对硬件进行组态，同时使用此软件可编写p l c 的 控制程序。并在4 2 2 中提出两种解决方案。 方法一：设计自动化任务解决方案一) 生成一个项目一 组态硬件一) 生成一个程序一) 传送到c p u 并进行调试。 方法二：设计自动化任务解决方案一) 生成一个项目一 生成一个程序一) 组态硬件一) 传送到c p u 并进行调试。 4 8 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第5 章安装编程和调试 5 18 4 0 d 硬件的配置和连接 按照第三章所讲的方法。将8 4 0 d 硬件正确连线，根据各自接口的接口 要求，先将数控与驱动单元。m m c ，p l c ，三部分分别连接正确。尤其应注 意： 电源模块x 1 6 1 中9 ，11 2 ，4 8 的连接；驱动总线和设备总线；数控与驱 动单元最右边模块的终端电阻。 m m c 及m c p d e + 2 4 v 电源的极性 p l c 模块注意电源线的连接 将这硬件的三大部分互相连接，连接时要注意： m p i 和o p i 总线接线一定要正确 n c u 和s 7 的n 垤模块连线。 检考 全部系统连线完成后需要做一些必要的检查，内容如下： 屏蔽： ( 1 ) 确保所使用的电缆符合西门子提供的接线图要求 ( 2 ) 确保信号线电缆屏蔽两端都与机架或机壳连通 e m c ( e l e c l m a g n e l i cc o m p a t i b i l i t y ) 检测条件： 1 ) 信号线与动力线尽可能分开远一些 2 ) n c 或p l c 出发的或到n c 或p l c 的线缆应用s i e m e n s 提供的电 缆 3 ) 信号线不要太靠近外部强的磁场 4 ) 如果信号线无法与其它电缆分开应走屏蔽穿线管 5 ) 下列距离应尽可能小 哈尔接工程大学顼士学位论文 信号线与信号线 信号线与辅助等电位端 开机和启动 n c u 板子上有旋钮开关s 3 ，s 4 ，当两开关的位置均设定为“o ”，则这时 就可以开机启动了，经过大约几十秒钟，当七段显示器显示“6 ”时。表明 n c k 上电正常：此时“+ 5 v 和”s f 灯亮，表明系统正常；但驱动尚未使能。 而p l c 状态则“p r 灯亮，葶朝p l c 运行正常。 m m c ：m m c 的启动是通过o f 显示来确定，m m c l 0 3 ，由于它是可以带 硬盘，它的背后也有一个七段显示器，如果成功启动它会显示一个“8 ”。 p i 疋的硬件组态 创建一个有s i m a t i c 站的项目后就可以组态硬件了。硬件用s t e p 7 组 态，这些组态数据可以通过下载传送到可编程控制器。 i 、开始处在打开的s i m a t i cm a n a g e r 及项目； i i 、打开s i m a t i c3 0 0s t a t i o n 文件夹并双击h a n d w a r e 符号； 1 t i 、“h w c o n i i g ”窗口打开，在创建项目时所选择的c p u 显示出来； 、查找电源模板、输入模板和输出模板并将该模板拖至相应的槽中： 要在一个项目内修改模板参数( 例如：地址 ，双击该模板。但只能修 改这样一些参数，即，确实了解这些参数的修改会对可编程控制器产生什么 样的影响。打开s i m a t i c3 0 0s t a t i o n 文件夹并双击h a n d w a r e 符号，可看见 硬件列表，在列表内可添加硬件，修改其属性。 分配p l c 的输入输出地址，在第四章中以讲解，硬件的组态请参照上第 四章。分配地址表后，可对p l c 进行编程，编程常使用语句表和梯形图。详 见4 2 2 4 和4 2 ，2 5 两节。 哈尔滨工程大学顼士学位论文 5 2p l c 编程 5 2 。1s 7 程序的结构 为了调试p l c ，我们通常要建立一个项目啪1 ( p r o j e c t ) ，结构如图( 图5 1 ) 。 晰 - - - - - _ m r 州辩瞄e 蛾点 l l 一s 务翱憋 一 叫翱 - 一s a 一 。矗i 图5 1 项目的结构 斯柚豳 s o u r f i b s d i o d e 0 b f 8 f c 脯 筑国 p l c 程序分为基本程序和用户程序，它是用组织程序块( 0 b ) 调用其它 功能f c 和f b 程序块，下图为程序调用图结构。 5 i 啥尔滨工程大学颈士学位论文 o b l 0 0f b i 匝 片圊 1 叫竺竺 r c 芑 f c 3 图5 2 程序结构图 啥尔滨工程大学硕士学位论文 对于我们设计使用人员一般只需对以下程序作研究即可： 1 ) f b l 基本功能块； 2 ) f b 4 的功能通过p l c 对n c 程序选择，具有程序选择功能； 3 ) f c 2 是处理报警的功能块； 4 1f c 9 异步子程序调用； 5 ) f c l 0 用户报警文本显示功能块； 6 ) f c l 5p l c 控制伺服轴的运行 7 ) f c l 9 调用m c p 面板的程序 5 2 2p l c 控制程序设计介绍 p l c 与8 4 0 d 系统传输的重要信号，在第三章里以做过详细介绍，在编 制机床控制程序时，我们常常要用到例如轴伺服使能，轴脉冲使能，测量系 统有效，急停信号、硬极限、等等控制信号，在这里不在重复介绍，请详见 第三章。 本课题中，p l c 的编程的方法是建立一个项目，一个呈树状，使用组织 块o b 调用功能f c 和f b 块，调用分为条件调用和无条件调用。这样通过条 件和无条件调用可实现对机床的逻辑控制，条理清晰，易于编程，使用块编 程，可使整个块的功能确定，方便编写，方便调用，便于调试。例如，定义： f c7 0 自动功能块 f c5 0 手动功能块 f c5 1 机床运行启动条件功能块 f c6 0 数控系统运行安全条件 f c9 子程序调用( 特殊功能块) f b4f b 4 的功能通过p l c 对n c 程序选择，具有程序选 择功能； f c9 8报警程序段 f c8 d刀具寿命 啥尔滨工程大学硕士学位论文 以上的功能块，仅仅为一部分。 p l c 的编程不仅仅是对外围r o 的简单控制，而且n c 与p l c 之间是有 通讯联系的，n c 与p l c 是通过d b 块作为信号接口通过f c f b 块作为功能 接口在这里需要指出数据块d b 2 中d b b 6 d b b 9 字节的功能，它的功能是读 入禁止( r e a di nd i s a b l e ) ，当在n c 程序中用m 码编程，对应每一个m 码都要 在p l c 中给d b b 6 - - d b b 9 中的任何一位编程，要求当所要执行的动作没有完 成时读入禁止位置“l ”，完成后清零，从而实现n c 程序中所要执行的动作的顺 序控制。下面，以f c 7 0 功能为例做简要说明。 f c7 0 为自动功能块，它在o b l 组织块被中调用，用于自动运行时监控 程序的m 代码，接收后，m 代码的d b 位置“l ”，与m 代码相关的程序经 逻辑运算输出，可触发中间位或输出位输出；同时，用此m 代码编写一个读 入禁止位，禁止n c 在向p l c 发送另一个m 代码，以防止两动作干涉，机 床产生误动作。此m 代码的读入禁止位，只有当从m 代码执行的任务完成 时，p l c 的程序逻辑判断完成后，用完成任务的确定位，来清除读入禁止位。 从而实现n c 与p l c 的通讯，实现逻辑控制。m 代码大部分都是可随意使用 的，但以下m 码是系统专用的； m o o程序暂停 m 0 1跳转 m 0 2程序结束 m 0 3主轴正转 m 0 4主轴反转 m 1 7子程序结束 m 3 0 程序结束并返回首部 以上几个m 代码功能固定，不能随意定义其它含义。例如m 1 0 可以定 义为夹具夹紧，也可以定义为夹具松开或者定义为其它如水阀打开。而上述 的代码不可以随意定义。 哈尔滨工程大学硬士学位论文 f c5 0 功能块为手动功能块，它在o b l 被有条件调用，用于执行手动调 整。 f c9 是子程序调用( 特殊功能块) 块。它可实现程序跳转，例如当机床 运行时发现异常现象，需要傲一些紧急处理，例如要求机床快速返回到原位 或驱动轴停止加工退回，这时就需要对特殊功能块编程。在一个功能f c 中 调用f c 9 ，定义其触发位，输入子程序地址。逻辑编程编写触发条件，当条 件满足时，触发位置“1 ”，子程序被调用，当然此子程序必须以存在指定的 n c 目录中。 f b 4 特殊功能块功能是通过p l c 改变n c 程序调用。当想实现p l c 改变 n c 程序调用时，首先先建立个功能块f c ，在其内调用f b 4 ，同时为f b 4 建 立数据块，在数据块中按特定的结构填写主程序名和路径。当触发位置“l ” 时，指定路径和文件名的n c 程序被选定。其触发位可编程逻辑触发。应用 程序跳转，可实现选择不同的加工程序，方便快捷，便于数控机床加工不同 的产品。其特点是：如果同时触发更换程序，可快速实现多台数控设备共同 转型，转到可实现同一系列产品的加工程序。 用户报警程序的编制 针对具体某一台机床，其应用内容很多，很具体，需要对某一任务作出 专门的判断：因此，需要加入用户报警，对此台机