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． 机械制造 ． 帅旗 基 于西门子 8 4 0 D 系统的数控机床 P L C应用 基 于西 门子 8 4 0 D 系统 的数控机床 P L C应用 帅旗 广 东科学技 术职 业学院 机 电学院 ， 广东 珠海 ， 5 1 9 0 9 0 摘要 对西 门子 8 4 0 D系统 P L C的结构组成进行 了介绍 ， 说 明了 8 4 0 D 系统的 7 - 3 0 0 P L C与 西门子通 用 S 7 3 0 0 P L C的 区别 ， 介绍 了西门子 8 4 0 D P L C在数控机床上 的应 用， 并以冷却 系统 的 P L C程序控制 为例进行 了说 明。 关键词 数控机床 ； P L C； 应 用 中图分类号 T G 6 5 9 ； T P 2 7 3 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 1 ． 5 2 7 6 2 0 1 4 0 5 0 0 3 0 0 2 App l i c a t i o n o f PLC i n NC M a c hi ne Ba s e d o n SI NUM ERI K 8 4 0 D S y s t e m S H U A I Q i C o ll e g e o f Me c h a n i c a l E lect r i c a l E n g i n e e r i n g ， Gu a n g d o n g I n s t it u t e of S c i e n c e a n d T e c h n o lo g y ， Z h u h a i 5 1 9 0 9 0 ， C h in a Abs t r a ct Th i s pa p er int r o du c e s t h e PL C s t r u c t u r e o f t h e SI NUMERI K 8 4 0D s y s t ems an d t h e a p pli c a t i o n o f 8 4 0 D PLC in t h e NC ma - c h i n e t o ol an d i ll u s t r a t e s．t h e d i ff er en c e b e t we e n 8 4 0 D 7- 3 0 0 PL C an d Si e men s g e n er al S7 3 0 0 PL C a n d PL C p r o g r a m c o n t r o l o f t h e c oo l in g s y s t em． Ke y wor d s NC ma c h i n e t o ol ； PL C； ap p l ic a t ion 0 前言 数控系统 S I N U ME R I K 8 4 0 D， 是 由西 门子 公 司 在 2 0 世纪 9 0年代开发的一款高性能的数控系统， 主要应用在 加工中心、 车铣复合中心、 数控外圆磨等高精度、 高性能的 数控机床_ 1 ， 2 ] 。S I N U ME R I K 8 4 0 D系统主要 由 N C U数控 单元 n u m e r i c a l c o n t r o l u n i t 、 人机 交互装 置 MM C 、 可 编 程序控制器 P L C、 驱动装置等部分组成l 3 ] 。其 中在 N C U 数控单元中集成 了8 4 0 D s 7 3 0 0 P L C中央处理模块。西 门子 8 4 0 D的 P L C主要负 责对 数控 机床 的 M功 能 准备 功能 、 S功能 主轴 功能 、 T功 能 刀 具控 制功 能 及如 操作面板控制、 刀库和换刀控制、 机床冷却润滑控制、 报警 及状态信息输出等数控机床辅助功能进行控制l 4 ] 。 1 西 门子 8 4 0 D 系统 S 7 3 0 0 P L C 硬件构成 西门子 8 4 0 D系统 s 7 3 0 0 P L C由中央处理单元模块 C P U 、 电源模块 P S 、 功能模块 F M、 通信模块C P 、 接口模块 I M、 I ／ O模块 S M等组成l 5 J 。与西 门子通用 P L C模块不 同， 8 4 0 D 系统 s 7 3 0 0 P L C的 C P U中央处理芯片集成在 N C U数控单 元 n u m e fi c c o n t r o l u n i t 中， 其他模块与通用 P L C模块类似 采用外挂形式连接如图 1所示。每一个模块占用安装槽 S l o t ， 对于I ／ O S M模块， 每个 Sl ot分配3 2 位的地址， 即4个 字节的地址资源。S M模块 中包含输入模块与输出模块 ， 输 入模块中包含若干输入信号地址点， 输出模块也包含若干输 出信号地址点。每条安装架 R a c k 上可以安装 8个类似于 I ／ O模块的功用模块． 即每条 R a c k 上共有 8 个4字节的地址 资源。而西门子 8 4 0 D系统 s 7 3 0 0的 C P U最大可寻址 4个 R a c k的范围。内置 s 7 3 0 0的C P U独自占用一个安装架， 将 Rac k O的资源占用， 如机床控制面板 M C P的输入输出的地址 即占用 R a c k 0的地址资源。对于机床的操作面板， 有些按键 的输人信号和面板响应输出信号 8 4 0 D系统已经进行专门定 义 ， 具有特定功能。以数控铣 的机床控制 面板为例， 用户可 自定义的按键输入信号地址为I 6 ． 1 一 I 6 ．7及 I 7 ． 0 一 I 7 ． 7 ， 可自定 义的面板输出信号地址为Q 4 ． 1 ～ Q 4 ． 7 及 Q 5 ． 0 一 Q 5 ． 7 。其他外 部安装架的以3 2 ．0作为起始地址。每个安装架有一接口模 块 I M， 用于安装架之间的互相连接和信 号传递 ， 而 Rac k l 外 接安装架的接口模块 I M与西门子 8 4 0 D系统的接口X1 1 1 连 接． 用以这些安装架与系统进行的信号交换。 J - r ◆ J| l J r J| r◆ J - r P S I M S M S M S M S M F M C P 图 1 西门子 8 4 0 D P L C外挂模块 2 西 门子 8 4 0 D 系统 S 7 3 0 0 P L C 的程序 结构 西 门子 8 4 0 D系统 7 “ 3 0 0 P L C程序其指令 与西 门子 通用 s 7 3 0 0 P L C基 本相 同 ． 可 以通 过 的 s 7 3 0 0 P L C编 程工具 S I M A T I C管理器对程序进行编辑操作。8 4 0 D系统 作者简介 帅旗 1 9 7 4 一 ， 男 ， 江西南 昌人 ， 讲师 ， 硕士 ， 研究方 向为机械设计。 3 0 h t t p ／ ／ Z Z H D ． c h i n a j o u r n a 1 ． n e t ． c n E - m a i l Z Z H D c h a i n a j o u ma 1 ． n e t ． c a 机械制造与自动化 机械制造 帅旗 基 于西门子 8 4 0 D系统的数控机床 P L C应 用 s 7 3 0 0 P L C程序主要由块组成， 其中主要块包括组织块 O B 、 功能子程序 F c 、 功能块 F B 、 数据块 D B 、系 统功能子程序 S F C 、 系统功能块 S F B 、系统数据块 S D B [ 6 ] 。其各部分组成结构如图 2所示 ， 功能子程序 和功能块程序需要通过组织块进行调用。常见的组织块 包括 1 O B 1 主程序循环； 2 O B 1 0 时间中断和特定时间 中断 ； 3 O B 3 5 ； 循 环 中 断 ， 以 固 定 间 隔 循 环 运 行 ； 4 O B 4 0 硬件中断 。 来 自不同模块 I ／ O模块、 C P U 、 F M模 块 中断； 5 O B 1 0 0 启动块， C P U通电或热启动时执行一 次 ， 执行初始化， 清零或发出使能信号等内容。F B 1 启 动 程序在 O B 1 0 0中调用； F C 2 N C K方式组通道 、 F C 7 ／ 8 刀具管理 、 F C 1 9 ／ F C 2 5 机床操作面板 、 F c 9 ／ 1 5 ／ 1 6 ／ 1 8 机床轴控制 需要在 O B 1中调用的； F C 3 基本程序处理 报警 是在 O B 4 0中进行调用。 西门子 8 4 0 D系统 为用户提供 了一些基本 P L C程序 块 ， 用户可以根据实际情况调用这些标准功能块即可． 而 被系统占用的功能块不能再被编辑。用户可使用并进行 编辑的功能块包括 F B 3 6～F B 2 5 5 ， F C 3 6～F C 2 5 5 ， D B 9 0 D B 3 9 9 ， 用户可以根据实际需要进行程序编写 ， 如防护门 控制、 润滑冷却控制、 液压尾座控制等。 OB1 0 0 FB1 困 叵 OB1 循环 处理 用户 程序 辅助功 能／ G功能 分配器道肿 译 码 器， Ms T分配 器 FC9 ／ 1 5 ／ 1 6 ／ 1 8 并行轴、A S U P 等 FC 1 9 ／ 25 机床控 制面板 刀具管理 OB 40 L F C3 厂 f 基 本 程 序 处 理 报 警 卜 一 匪 口 l 报 警I 一 图 2 西门子 8 4 0 D系统 S 7 - 3 0 0 P L C的程序 结构 3 刀具冷却控制 P L C程序应用举例 对于数控铣床， 采用液体冷却方式， 冷却系统由液压泵、 冷却管路、 电磁性阀组成。冷却系统的启动和停止可采用两 种方式控制 1 手动方式， 通过机床控制面板上的按键启动； 2 通过程序指令方式 ， 如冷却启动指令 M 0 8和冷却停止指 令 M 0 9 进行控制。程序采用功能子程序块进行编写 ， 功能子 程序编号 F C 6 0 ， 可由O B 1 组织块进行调用。使用 P L C输出 信号地址 Q 3 5 ．0 ， 用以控制冷却控制启停， 当 Q 3 5 ． 0 有信号输 出时， 接通相应接触器启动冷却液压泵开始进行冷却， 反之 Q 3 5 ．o无信号输出时． 冷却系统停止运行。所选用机床控制 面板按键及地址分配如表 1 所示． 操作过程为当机床需要手 动启动冷却系统时按下机床面板按键 T 1 3 ， 使 P L C输出点 Q 3 5 ．0产生输出信号， 并且对应面板指示灯亮， 开启冷却。当 再次按 T 1 3 键时， Q 3 5 ． 0 无信号输出， 停止冷却， 面板指示灯 Ma c h i n e B u i l d i n g Au t o m a t io n ，Oc t 2 0 1 4 ， 钌 5 3 0 3 1 表 1 冷却控制机床操作面板分配 灭。当机床处于急停状态时， 冷却系统工作也停止， 急停控 制信号在此使用输入地址 I 3 2 ． 1 。西门子 8 4 0 D系统所编译的 程序指令可通过系统接口与对应 D B数据块中的数据进行对 应． 如当系统编译到 M 0 8 指令时通过系统接口将 D B 2 1 块中 数据位 D B 2 1 ．D B X 1 9 5 ．0置⋯ 1 ’ ， 而当编译到 M 0 9指令时． 对应 将 D B 2 1 数据块中数据位 D B 2 1 ． D B X 1 9 5 ． 1 置⋯ 1 ’ 。由上所述 程所编制的冷却系统控制 P L C程序梯形图如图3所示。 I 6 ． 3 1 3 2 ． 1 M1 4 0 ． 1 Q4 ． 3 H H DB21 ．DBX 1 9 5．01 3 2． 1 } _ 卜 1 3 2 ． 1 DB21 ． DBX 1 9 5 ． 1 M 1 4 0 ． 0 S S R Q R 图 3 冷却系统控制 P L C梯形 图 4结语 西门子 8 4 0 D系统的 s 7 3 0 0 P L C能方便地进行程 序编制从而实现所需的机床功能控制 ， 但与西 门子通用 s 7 3 0 0 P L C比较 ， 其 在硬件结构 ， 信号地 址分配 ， 程序 编 写等方面有特定要求 ． 需要结合数控机床的具体功能和 西门子 8 4 0 D系统的具体定义要求进行数据设置和程序 编 写。 参 考文献 [ 1 ]龚仲华． 数控机床故障诊断与维修 5 0 0例[ M] ． 北京 机械工 业出版社 ． 2 0 0 5 ． [ 2 ]杨斌 ． 西门子 S I NU ME R I K 8 4 0 D数 控系统介绍 [ J ] ． C A D ／ C A M 与制造业信 息化。 2 0 0 4 0 6 ． 『 3 ]西 门 子数 控 公 司． S I N U ME R I K 8 I O D一 8 4 0 D简 明调 试 手 册 『 M] ． 北京 西门子数控公司 ， 2 0 1 0 ． [ 4 ]蒋丽． 数控原理与系统[ M] ． 北京 国防工业出版社， 2 0 0 7 ． 『 5 ]孙承志． 西 门子 s 7 2 0 0 ／ 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C基 础与应用技 术 [ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 5 ． 『 6 ]乐广军． 西 门子 8 4 0 D和 s 7 3 0 0 P L C在高速立 式加工 中心机 床 中的应用 [ J ] ． 现代经济信 息， 2 0 0 9 1 2 ． 收稿 日期 2 0 1 40 40 8 31 Ⅲ Q 一2一 Q ～∞ R l 塞 搴
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