全功能数控双伺服动力刀架的PLC程序研究.pdf

F u n c tio n U n its 功能郜件 全功能数控双伺服动 力刀架的 P L C程序研究 刘洪 强 张 鹏 化春雷 徐兆成 杨 国强 沈阳机床 集团 有限责任公司， 辽宁 沈阳 1 1 0 1 4 2 摘要 以数控 系统 8 0 2 D s l 为平台。 阐述 了 y轴作为 P L C轴的设置步骤及 P L C控制程序 。 描述了 S F W 伺 服刀架的逻辑转位过程 。 编制了双伺服动力刀架的 P LC程序 ， 最终实现 了对“ 十一五” 国家专项“ 全 功能数控双伺服动力刀架” 的 P L C程序深入研究。 关键词 刀架S I E ME N S 8 0 2 D s l P L C轴P L C程序 中图分类号 T P 2 9 文献标识码 A Th e PL C p r o g r a m r e s e a r c h o f f u n c t i o n a l d o u b l e - s e r v o d r i v e n t u r r e t LI U Ho n g qi a n g，ZHANG Pe ng。HUA Chu n l e i ，XU Z ha o c h e n g，YANG Gu o q i a ng S h e n y a n g Ma c h i n e T o o l G r o u p C o ． ， L t d ． ， S h e n y a n g 1 1 0 1 4 2 ，C H N Ab s t r a c t Ba s e d o n nu me r i c a l c o n t r o l s y s t e m o f S i e me n s 8 0 2D s l ，t h e s t e p o f s e t t i n g P LC a x i s a n d t h e P LC p r o g r a m wa s p r e s e n t e d，t h e p r o c e s s o f S FW s e r v o t ur r e t t u r ni n g wa s de s c r i b e d a n d t h e p r o g r a m o f t he d o u b l e-s e r v o d riv e n t u r r e t wa s p r o g r a mme d．Fi n a l l y t h e PLC r e s e a r e h o f d o ub l es e r v o d riv e n t u r r e t wi t h Y a x i s w a s c o m p l e t e d ， w h i c h b e l o n g s t o n a t i o n a l s p e c i a l p r o j e c t o f t h e 1 l t h F i v e - y e a r P l a n ． Ke y wo r dsTu r r e t ；S i e me n s 8 0 2D s l ；PLC Ax i s；PL C Pr o g r a m 伺服动力刀架是车床及车削 中心所需的核心功能 部件。现有高速数控机床的伺服动力刀架多数采用 国 外 S A U T E R、 D U P L O MA T I C等公司 的产品。“ 十一五 ” 国家重大专项 “ 全功能数控双伺服动力刀架” 课 题研 究的主要 目的是实现双伺服动力刀架系列化、 国产化 ， 以满足高档数控机床项 目功能部件 国产化的需求 。进 而提高我国数控机床及相关装备的整体制造能力， 推 动国产数控机床功能部件的发展与提高。 本文主要以“ 十一五” 国家重大专项为平台 ， 对专 项设计的带 y轴双伺服 动力 刀架 的 P L C程序进行研 究 。该部件实际安装在我厂 H T C系列 卧式 车削中心 上 ， 数控系统为西 门子 8 0 2 D s l ， 配有主轴 、 动力头 、 轴、 X、 Z、 Y轴共 6个轴。其 中有 1个轴 需要 配置 为 P L C轴 ， 在实际配置中将 y轴配置为 P L C轴 。本文主 要对 l ， 轴设置为 P L C轴部分的 P L C程序和伺服动力 刀架部分 P L C关键点程序进行解析 。 1 P LC轴 控制程序应用研 究 本项 目中系统选择 的是西 门子 8 0 2 D s l P l u s版 ， 可 以用 P L C控制 1个简单的定位轴 ， 这种定位轴 可以 完全不受 N C程序 的影响 ， 在 N C程序执行的过程中并 行控制 ， 并不受 N C启动或停止的影响。 1 ． 1西门子 8 0 2 D s l 中的 P LC轴 1 可以完全由 P L C控制。 2 通 过 接 口信 号 V 3 8 0 X 3 0 0 0 ／ V 3 9 0 3 0 0 0对 P L C轴进行控制。 3 用于简单的定位控制。 4 定位控制不受 N C加工程序的影响。 5 可以是直线轴 、 旋转轴或分度轴 ， 不能 为主轴 或几何轴 。 1 ． 2 P L C轴操作 1 在 J O G、 I N C、 R E F操作方式下 ， 同 N C轴一样 ， 通过点动键进行点动和回参考点操作 。 2 在 A U T O、 M D A操作方式下 ， P L C轴的速度和 位置仅由 P L C通过接 口 V B 3 8 0 x 3 0 0 ／ V B 3 9 0 x 3 0 0来控 制； 不能通过加工程序对轴地址进行编程， 但可以利用 N C P L C的公共数据区， 在 N C程序中控制 P L C 。 1 ． 3 P L C轴的机床参数配置 1 MD I O 0 0 0 A X C O N F MA C H A X N A ME T A B [ 5 ] P L， 机床坐标名称为 P L 。 国家“ 十一五” 重 大专项 “ 全功能数控双伺服动力刀架” 项 目 2 0 0 9 Z X 0 4 0 1 1 0 5 2 功能部件 2 MD1 9 1 0 0 N U M A X E S I N S Y S T E M6 ， 系统 轴数为 6 。 3 MD 2 0 0 7 0 A XC O N F MA C H A X U S E D『 5 ] 6。 将 P L C轴的轴号 6与实际的轴对应。 4 MD 2 0 0 8 0 A X C O N F ～ C H A N A X N A ME T A B [ 5 ] 6 ， 设定第 6个机床轴名为 P L 。 5 MD 3 0 4 6 0 B A S E F U N C T I O N MA S K[ A X 6 ] 2 0 ， 该轴被指定为 P L C控制 。 1 ． 4 P L C轴的时序 P L C轴 的动作时序图如图 1 所示。 ①② ③④⑤ ⑥ ⑦ 图1 P L C 轴的动作时序图 ①状态 激活 P L C轴定位功能； ②状态 P L C轴定位功能已激活； ③状态 定位位置到达 ； ④状态 P L C收到确认信号后复位 P L C轴定位功 能激活信号 ； ⑤状态 定位功能激活信号已复位 ； ⑥状 态 再次激活定位功能 ； ⑦状态 定位功能 已激活。 P L C AXI S I l E N P oS F I NI S H ERRoR ERRoR C0DE 阳匕 卫 v D 2 5 o o 6 o 0 o - P o S I T 1 0 N 口口 亡 卫 5 。 。 ； F E E D 一6 L M T p 6 LMT m 帕 旺正 v 。 。 。 21 6 R E F J o G P L U S 阳 旺 杰 J o G M I N U S IN C P o S 图J V45 00100 0．2 PoS DC PoS INCH lPoS ACN PoS ACP 8 B 【 巫 IN D E X A X S T A R T 图2 P L C程序 图 Vl l OO1 0O O． 2 V1 6 OO O OO 7． 7 VD1 6O 01 25 2 1 ． 5 P L C轴的 P L C程序 在西 门子子程序库 中， 提供 了 1 个 P L C控制的示 例程序 P L C A X I S S B R 4 1 ， 本项 目应用了该程序块对 P L C轴进行控制。图 2为 P L C程序图 ， 在编程过程 中 应用到了 N C和 P L C的数据交换 区， 通过 H功能可 以 在 N C程序段编程对 P L C轴进行控制 ， 进而将 P L C轴 和 N C轴有机地结合到一起 。 N C程序示例 H170 H23 0 0 M98 其 中 H1为 P L C轴 的实 际位置 ； H 2为实际转速 ； M9 8 为开始移动轴。 执行后 ， P L C轴将 以 3 0 0 m m ／ mi n的速度运行 到 位置 7 0 m m处。 2 伺服动 力刀架 P LC程序 研究 本项 目中刀架本体部分采用 S F W 系列卧式刀架 驱动， 动力头 电动机为西门子 1 F TT 1 0 5电动机 ， 采用西 门子功率模块直接驱动 。项 目的关键 点在于 P L C程 序的时序和动力头与刀盘旋转 的信号处理 。在此 ， 将 P L C程序分 2部分介绍 一是在手动 、 回零方式下调用 异步子程序 ； 二是 自动方式下 M0 6调用宏程序 。在介 绍这 2部分之前先对刀架本体转位 的电气时序图加以 说 明。如图 3所示为刀架从 一工位转 到二工位 、 从二 工位转到六工位的时序 图。 P o s ． 1 P o s ． 2 P o s ． 6 图3 刀架转 位的 电气时序 图 刀架本体运行说明 刀架控制器实时检测刀架运 行状态， 若有异常则报警； C N C系统执行选刀指令后， 首 先 设 置 刀架 选 刀 目标 工 位 信 号 P B I T 1 、 P B I T 2、 P B I T 4和 P B I T 8 ， T ， ≥2 0 ms后 ， P S T A R T 选刀开始 信号置“ 1 ” 且 ≥ 3 0 m S ； 刀架控制器接到C N C系统的 选刀指 令后 ， 刀 架控 制器定 位输 出信 号 I N D E X D置 “ 0 ”， 刀架控制器 自动进行选刀逻辑运算 ， 自动确定转 位方 向和转动工位数 ； 同时刀架控制器发出松开指令 ， 松开阀启动， 刀架松开； 锁紧信号由有至无 ， 刀架控制 dt J 等 ￡ D 7 一 萋 i； 一 器锁 紧输 出信号 L O C K E D置 “ 0 ”； 刀架伺服电动机转 动 ， 刀架转动到 目标工位 ； 刀架控制器发 出锁紧指令 ， 锁紧阀闭合， 刀架传感器锁紧信号来， 刀架锁紧； 刀架 控制器发出选刀完成 指令和锁 紧指令 即 I N D E XD置 “ 1 ” 和 L O C K E D置“ 1 ” ， 至此选刀结束。任何模式下 刀架转位方式与此相 同。 2 ． 1 手动、 回零调用异步子程序 在执行机床操作之前 ， 首先需要将伺服刀架 回零。 回零之前需要先将动力头刀套退 回， 以防止 回零过程 刀套与刀盘碰撞。程序如 图4～ 9所示。 图4程序解析 在 回参考点模 式下按动 回零按钮 V 1 0 0 0 0 0 0 1 ． 7后等待 刀盘转位完 成信号 M8 ． 7 ， M8 ． 7 信号为 1 时 ， 置位刀盘回零信号 M 4 4 ． 4， 在 回零完成时 将 1赋值给当前工位 V D1 4 0 0 0 0 8 4 。 O M 4 4 ． 0 M8．7 M 4 4 ． 4 图4 刀架回零程序 图 5程 序 解 析 当收 到 刀 架 回零 信 号 M4 4 ． 0、 M8 ． 1 或 M8 ． 3后 ， 置位刀架旋转指令 M8 ． 4 。程序接 收到 M 8 ． 4信号先执行动力头刀套退 回 Q 9 ． 2 ， 动力头 退回到位信号 I 1 1 ． 7触发后 ， 置位 M 2 1 5 ． 0作为刀盘旋 转 P S T A R T的启动信号 Q 7 ． 6 ， 这样才能够保证 刀盘的 安全 旋转 。 图5 刀架旋转前刀套退回伸出程序 I ‘u￡ 口 1 ． O Q9．2 S l Q 9 ． 1 L _ R F u n c li0 n U n ils 功能都件 图 6程序解析 M 2 1 5 ． 0触发后置位 P S T A R T信号 Q 7 ． 6 ， I N D E X D信号 I 1 1 ． 1和 L O C K E D信号 I 1 1 ． 0为 0时代表刀盘松开并开始旋转。 S MO．O M2 l 5 ． O M8 ． 4 T1 7 图6 刀套退回到位刀架旋转程序 图 7程 序 解 析当 I N D E X D 信 号 I 1 1 ． 1和 L O C K E D信号 I 1 1 ． 0为 1时代表刀盘转位完成并锁紧 刀盘 ， 此时置位刀架旋转完成信号 M 8 ． 7 ， 本次换刀动 作完成 。 0 Q 7 ． 6 T 2 7 M8 ． 7 H， H H 图7 换 刀指令应答程序 图 8程序解析 当换 刀完成指令 M 8 ． 7信号为 1 时， 置位 P L C与 N C交换信号 V 4 9 0 0 0 0 8 0 ． 0， 给 N C发 送指令 ； 同时当换刀指令 M8 ． 4为 1时， 读人禁止 ， 待 换刀完成后解除读人禁止。 图 9程 序解析 回零 完成后 换刀条件 m 7 ． 1 M7 ． 1 才满足， 换刀条件满足后 ， 在手动模式下按刀 架旋转按钮 VI O 0 0 0 0 0 1 ． 7后 M8 ． 0为 1 ， M8 ． 0为 1 后 将刀架 当前 工 位 V D 1 4 0 0 0 0 8 01赋值 给 目标 工 位 V D 1 4 0 0 0 0 8 4； 然后 M8 ． 0赋给刀架旋转指令 M8 ． 4， 之 l 83 功能郜件 F u n ctio n U n Ils 后过程 P L C与 回零一样 。 M7 ． M 7 MO． 0 M8一 V4 9 00 00 8 0 ．0 图8 换刀指令应答程序 M O． 1 图9 手动换 刀程序 在手动或 回零过程 中需 要调用 如下异步 子程序 P L C A U P 1 ， 完成刀盘旋转之前 的动力头刀套退 回， 然后 等待刀架旋转完成后 ， 刀套边旋转边伸出， 直到伸 出到 位信号来之后程序结束。 M7 5 ； 动力 头刀套退回 J J I F A DB D[ 8 0 ] 1 G O T O F B B； 等待刀塔 回零结束或者 转 位完 成 GOTOB J J B B M7 4 ； 动力头刀套伸 出 I F A DB B[ 9 O] 1 G O T OF N X T M 2 3 s 2 1 0 0 ； 旋转等待， 等待伸出到位 GOT OB BB NXT M25 M1 7 2 ． 2 自动 M0 6调用宏程序 在 自动方式下需要调用 N C程序 T O O L与 P L C部 分一起完成刀盘旋转之前 的动力头刀套退 回， 然后等 待刀架旋转完成后 ， 刀套边旋转边伸 出， 直到伸出到位 信号来之后程序 结束 。T O O L的 内容 与 P L C A U P 1一 致。P L C程序如图 1 0所示 。 图 1 0程序解析 换刀条件满足时 ， 在 MD A或 A u T O状态下执行 T码后 ， T码变化信号 V 2 5 0 0 0 0 0 8 ． 0为 1时， 激 活 自动换 刀信号 M8 ． 1 ； 并将 T码后 面数 值 V D 2 5 0 0 2 0 0 0赋值给刀架旋转 目标工 位 V D 1 4 0 0 0 0 8 4； 然后 M8 ． 1赋给刀架旋转指令 M8 ． 4 ， 之后过程 P L C与 回零一样 。 S M O． 0 V25 00 000 8 0 VD25 00 20 00 图 1 0 自动换 刀程序 在应用 M 0 6调用 N C程序时需要设置如下机床数 据 1 MD 2 2 5 5 0 T O O L C H A N G E MO D E1 ， 利用 M 码激活刀具参数 。 2 MD 1 0 7 1 5 M N O F C T C YC L E[ 0 ] 6 ， M0 6调 用换刀 固定循环。 3 MD 1 0 7 1 6 M N O～ F C T C Y C L E N A ME[ 0] “ T O O L ” 6 ， 固定循环名。 3 结语 本文详细介绍 了带 l ， 轴 双伺服动 力刀架 的 P L C 程序 ， 及其西 门子 8 0 2 D s l 系统配置 P L C轴的方法 ， 为 相关 同仁的研究提供参考 。 参考文献 [ 1 ] S i e m e n s ．D O C O N D 2 0 1 0 [ Z ] ． 2 0 1 0 ． [ 2 ] S i e m e n s ．西门子8 0 2 D s l 简明调试手册2 0 0 8 [ z 1 ． 2 0 0 8 ． 第一作者 刘洪强， 男， 1 9 8 0年 生， 电气工程师， 主 要从事数控机床 电气设计工作。 编辑余捷 收稿 日期 2 0 1 1 0 8 1 8 文章编号 1 2 0 6 5 6 如果您想 发表对本文的看法。 请将文章编号 填入读者意见调查表中 的相应位置。 O 一 ， 、 H H一 ，H ．