基于西门子plc的数控车床802d的控制系统设计
摘 要
西门子802系统相对其他系统较为广泛被人们使用。这几年来，随着我国的数控技术的快速发展趋势，我国机床行业的产品也顺速发展，如今社会数控机床的使用越来越普遍，被人们频繁利用，在工业生产中也是不可缺少的一部分。802D系统的原理是通过对PLC的编写，然后将编写好的PLC程序送到数控系统，控制其他部件运行。
引言
本文首先对数控车床的现状和背景进行分析，大概的介绍802D数控系统的相关知识、SIEMENS MM420变频器的安装、使用调试，同时还对802D系统的结构组成进行了介绍。在第四章里我们对车床802D控制系统进行了设计。
1 802D数控系统简介
1.1现状与背景
NC机床的出现在制造产业中掀起了一场重大改革。这几年来，随着我国的数控技术的快速发展趋势，我国机床行业的产品也顺速发展，为我国的经济建设和国防建设做出了巨大的贡献。
如今数控机床的利用越来越普遍，种类也越来越多，已经是工业生产上不可缺少的一部分。由于如今数控机床的种类越来越多，维修也就越来越复杂，如今从事维修机床人员非常欠缺，数控机床出现故障，使得数控机床得不到按时的维修。所以需要大量培养维修机床这方面的人才。
1.2 802D数控系统简介
802D数控车床的出现是在高性能的数控系统和经济型数控系统之间架起的一道桥梁。由许多单元组成，PCU，MCP，伺服驱动功率模块，手轮，键盘I/是O输入输出等构成了西门子802D。[]其中数控系统的非常重要组成单元是PCU，也是它的核心。他决定了机床的使用效率，它是将数控核心NCK人机界面HM，PLC，和通讯系统集成在一起，由现场总线将它们连接在一起。
802D数控系统是一种通信系统，在不同的数控机床使改变用这个系统时，他的逻辑控制和输入输出信号也随着数控机床的不同会发生改变，所以，数控车床使用802D数控车床的时候，PLC系统的调试根据车床的逻辑控制来决定的，这样802D数控系统安全工作。
2 机床的组成
2.1机床控制面板
机床控制面板即McP，使用在机床操作这方面，其中包括了机床在操作时所要使用的全部按钮（启动按钮，选择旋钮 ，相应机床控制的按钮 等）。如图1.1所示
图2.1操作面板
2.2输入输出模块
输入输出模块PP72/48是用来连接PCU和机床电气的器件，根据数控机床的不同还可以搭配磁带机和光电点耦合器。在802D数控系统中有时候操作面板也与输入输出模块PP72/48进行连接，这样面板的地址也会随之改变。802D数控车床拥有3个输入输出系统模块，每个模块有48的输出，72个输入，共有144个输出，216个输入。每个模块还有50个外部接口，每个外部接口又可以实现3个输入或者输出，其中1号端子为数字输入公共端0V，2号端子为24V输出。如图所示，在输出时，当输出24V电压时就可以启动机床的电器控制部分。我们在做实验时，一般都用指示灯来弟弟输出，指示灯的一端连接0V的电压，一端连接输入输出模块来实现利用电压差来点亮指示灯。同时输入输出模块PP72/48有保护作用。有时在保护PCU也会出现一些问题，也会减少损失。PP72/48板将控制部分和运动部分隔开，防止影响控制部分，保证 控制部分的安全问题。
2.3 PCU单元
802D数控系统PCU单元是用来处理数控加工程序的处理和逻辑运算。其中PCU即面板控制单元是作为802D数控系统的核心部件,是不可缺少的一部分他含有7个对外连接端口，X4为Profibus端口它用于驱动器SIMOORIVE611Ue模块的接口相连通过与输入输出模块的XBRL接口相连，实现对机床的控制我们一般采用与X111，X222，X333与控制面板MPC的方法来实现。simodrive611e有PROFIBUS接口，一般在速度环和电流环控制。PCU是用来完成位置环控制。
2.4西门子MM420变频器
a 主要特点
1）易于安装
2）EMC设计由IT电源供电。
3）方便对系统进行调试
4）可以多次的对控制信号进行响应
5）电缆连接相对简单。
6）参数设置的范围广
7） 模块化设计。
b性能特点
1）通过磁通对电流进行控制，电动机的控制特性发生改善。
2）电流限制功能变得快速，实现了不需要跳闸就可以运行。
3）系统内装有直流注入制动。
4）制动特性的改善依靠复合制动功能。
5）具有比例。
c）保护特性
1）可以实现对过电压欠和电压进行保护。
2）可以实现对变频器过热进行的保护。
3）可以实现对接地故障进行保护。
4）可以实现对短路进行保护。
5）可以实实现对I²t电动机进行的过热保护。
6）可以实现对PTC电动机所进行保护。
如图2.2为变频器端子连接
图2.2
图2.3
3 802D数控系统的PLC调试
3.1 硬件的连接
SITOP电源和电源模块
大多数数控系统中由电源模块来提供24V直流电源给控制模块，同时电源模块还要提供给各轴的电机模块的动力电源，这使电源模块发生故障。而802D系统提供控制模块的的部位是由外部SITOP电源提供的。而电源模块只提供给各轴的电机模块的动力电源。这就使电源不那么容易被烧毁，相对而言安全许多。SITOP电源是作为驱动部件，直流电源是由输入输出模块和PCU提供的。
3.2 PLC用户程序的调试
在数控机床的设计中最重要的就是对PLC逻辑程序的控制，选用802D数控系统，可以很快的完成一个PLC的应用程序，而且程序库一般都是采用局域的变量的数据方法来制成的，它可以非常灵活的对输入输出地址进行定义，是程序应用变得更加简单，更加方便对对程序进行编写，同时还可以缩短对调试的时间。
3.3驱动器的调试
驱动器的调试相对而言会相对简单，具体操作是进入系统画面ALT+N，进入[机床参数]然后选择【驱动器数据]出现对话框选择SINAMICSIBN,选择[装载SIMAMICS FIRMWARE]然后按下[打开]，选择[全部组件】选择【启动】，会出现成功装载指示框，SINAMICS Power off/on,驱动固件成功升级。按照同样的方法完成，装有驱动设置出厂设置，识别和确认快速开机调试，这样就完成了对驱动器的调试。[]最后选择【保存参数】软件。
3.4优化调整
在整个系统运行正常的情况下，对相应的坐标轴的参数进行优化系统进入最佳的状态。在机床正常运行后，我们还要对机床的机械部分(如各州的反向间隙，各轴的垂直度，传动轴的系统精度 ）进行测量调整。当调整结束后，经过对机床京都的测量的同时，还要对数控机床的位置控制系统进行精度补偿，对螺距补偿和反向间隙一般采用激光干涉仪，这样可以提高机床的定位精度。
3.5数据备份
数据备份非常重要的。当系统调试结束后，切记一定要对系统进行数据备份，切记一定要完成这个步骤。802D系统他拥有许多对系统进行数据备份的方法，我们经常采用备份数据的方法是在计算机上进行数据备份，也可以在系统内部或者PC卡上进行备份也是较为经常被使用的方法，系统数据的构成如下表图3.1 ，完成备份后，调试的工作也基本完成，剩下的工作分成一下几个步骤：我们首先要对坐标进行反向的间隙补偿，第二部是对坐标进行限位，然后优化驱动器，最后进行螺距的补偿。
图3.1系统数据的构成
4 机床电气控制系统设计
4.1采用主要元部件
- a) 采用SIEMENS 802D型三轴驱动电机，CNC控制系统、
- b) 主轴采用1PH7交流主轴电机或变频主轴。
- c) 全数控键盘（水平结构）。
- d) 使PROFIBUS和I/O模块PP72/48连接。
e)使用通用驱动系统总线和simodrive611连接。
- f) 电子手轮。
图4 -1 MM420系统与机床的连接
2）机床外部环境
只要部件达到对环境的要求，避免机床，防止磁波的不必要的干扰，影响机床工作。
环境要求：
在室内，运行时需要达到0~45℃左右才能避免不必要的影想正常工作。
在存储和运输这一方面，一般要求早零下20度~60度左右，最大的温度变化率在1.1℃/min ，通常≤75%短时（1个月内）≤95%（没有结露）的湿度变化。运行时的震动 一般小于0.5
3）电源
总电源规格如图
控制回路电源：
控制回路的电源一共有3种，AC24V ，DC24V， DC5V。其中AC24V一般用在工作电源这方面;DC24V是稳压电源，一般在PLC NC、输入和输出时我们使用DC24V。还有一种DC24V一般用于蒸馏贿赂电源还有三色等和电磁阀电源上。DC5V是我们会用在手摇脉冲发生器电源上。
4）主电路
如图所示的是三相五线电路，L1、L2、L3是电网、分别是360V的电压经过总开关QF1输送到电器柜，供电给各个支路，QF1带有分作用离，机床在M30时，中间继电器KA11获得电力，QF1就会断开电源，自动关机。机床处于冷却状态，主轴电机风扇将会排泄，一般冷却系统都会配有过载保护开关QM，限压保护器件FV，当电动机频繁开启停止时便会起到干扰的作用。
图4-2主电路图
在图4-2中在单相变压器中接上一个两厢QF2，单相变压器上有两个插孔分别是24V和380V的，24V的插孔是用来连接照明灯的，380V的是用来供电给其他设备（机床润滑泵，2个开关电源和热交换器）。图中320，0，306，307，308，309，310，312，311，0N，+240v,+24A，0D，等都表示线号，当查找机床故障时，使用对应找标有线号的线去测试。
5）控制电路
在控制电路里，部分轴机床的急停电路把X、Y、Z轴上的正、负方向的的超撑限位开关与急停触电连接在一起用串联的方式，只要一个常闭开关断开都会使线圈失电。伺服的输入开关关系这系统的停止与工作。系统如果需要退出程序保护，按下超程开关，伺服系统就会自动回复正常供电。在操作面板都有各种控制按钮开关，选择对应轴，向超程急停的方向移动退出超程急停，复位。在下面的图sq24 / 23 / 25，4-3是限位开关信号SB3 XYZ轴是急救停止按钮输入，ka14是超级信号释放。