盛健 吴金光

摘 要：电气自动化发展至今，已成为广泛应用的技术。本文主要借鉴了电气自动化的相关工作经验，叙述了SINUMERIK 808D数控系统内生支持的PLC逻辑控制功能，利用PLC<->NC之间的通讯和控制信号互通，完成多用磨床全自动化改造。文中介绍了如何运用低成本来实现普通机床自动化控制，希望能够对更好地掌握电气自动化技术有所帮助。

关键词：2M9120A多用磨床；西门子808D数控系统；PLC可编程序控制器；

1、2M9120A多用磨床的性能简介：

咸阳生产的普通2M9120A多功能磨床兼有万能外圆磨床和万能工具磨床的功能，不仅能优质的磨削内、外圆柱形、圆锥形的工件以及平面、垂直面、斜面和沟槽，而且可方便地刃磨一般刀具，如各种铣刀、绞刀、插齿刀、车刀、刨刀等，若配用咸阳本厂的特殊附件还能刃磨直槽齿轮滚刀、钻头等。适用于工具车间、维修车间、科研单位和中小型机械厂。

2、SINUMERIK 808D系统简介：

SINUMERIK 808D数控系统，也称siemens 808D 数控系统，能在恶劣应用环境下使用。同时， 还可通过精优曲面等众多预置功能和友好强大的系统轻松便捷地进行操作。强大的数控功能能够确保在很短的加工时间内实现极佳的工件加工精度和表面加工质量。

2.1、数控系统的供电

SINUMERIK 808D使用直流24V电源，通过接口X1与直流24V电源连接。系统所使用的电源建议与PLC输入输出的24V电源独立。直流电源的容量和质量是系统稳定运行的关键。

2.2、 伺服控制系统电气控制线路设计

机床的主轴进给轴标定为X轴和头架位移轴标定为Z轴，半闭环伺服控制系统完成进给轴速度和位移的控制，直接决定所加工零件的精度和质量。SINAMICS V60伺服驱动器与808D数控系统配套使用，SINUMERIK 808D数控系统通过脉冲驱动接口X51、X53接口输入输出进给轴控制信号，本文以X轴接口X51为例简述与伺服驱动器的连接。V60的X5接口接收来自于808D的轴控制信号，包括脉冲（PULS）、方向（DIR）和使能（ENA）信号。V60的X6接口，其中RST引脚接收来自于数控系统的报警清除信号，ALM引脚输出驱动报警信号至数控系统，RDY引脚输出“驱动就绪”信号至数控系统，Z-M引脚输出零脉冲信号至数控系统，数控系统需要利用此信号完成回零操作。另外，+24V引脚接收来自于数控系统的直流电源，M24引脚同理，注意：由于V60的+24V电源来自于数控系统的脉冲驱动接口，此接口由数控系统的数字量输出接口X200供电，所以即使X200的数字输出量用户不使用，但X200接口的+24V、M信号也必须连接。

2.3、机床进给轴X轴和头架位移轴Z轴机械部分及导轨改造设计

将原机床进给轴X轴和头架位移轴Z轴所有机械传动部件及液压系统（包括砂轮电动机）拆除，机床导轨经过贴塑处理以增加导轨使用寿命和滑动系数。选用符合工艺要求的滚珠丝杆副，并设计轴承座等配件，经过机械加工改造成由滚珠丝杆副进行直接同伺服电机链接，提高往复定位精度和磨削加工精度，保障加工尺寸稳定。滚珠丝杆副润滑选用脉冲式润滑系统，砂轮轴电机选用能经受端面进给力度的电主轴，选用大厂生产与工艺相匹配的头架、电机，其头架电机和砂轮电机均选用变频器进行控制，便于根据工艺要求进行快速调整。

3、PLC与NC的关系

数控系统有两大部分，一是NC、二是PLC，这两者在数控机床所起的作用范围是不相同的。可以这样来划分NC和PLC的作用范围：

①实现刀具相对于工件各坐标轴几何运动规律的数字控制。这个任务是由NC来完成；

②机床辅助设备的控制是由PLC来完成。它是在数控机床运行过程中，根据CNC内部标志以及机床的各控制开关、检测元件、运行部件的状态，按照程序设定的控制逻辑对诸如刀库运动、换刀机构、冷却液等的运行进行控制。

在数控机床中这两种控制任务，是密不可分的，它们按照上面的原则进行了分工，同时也按照一定的方式进行连接。NC和PLC的接口方式遵循国际标准“ISSO 4336—1981（E）机床数字控制——数控装置和数控机床电气设备之间的接口规范”的规定，接口分为四种类型：

①与驱动命令有关的连接电路；

②数控装置与测量系统和测量传感器间的连接电路；

③电源及保护电路；

④通断信号及代码信号连接电路；

从接口分类的标准来看，第一类、第二类连接电路传送的是数控装置与伺服单元、伺服电机、位置检测以及数据检测装置之间控制信息。第三类是由数控机床强电电路中的电源控制电路构成。通常由电源变压器、控制变压器、各种断路器、保护开关、继电器、接触器等等构成。为其他电机、电磁阀、电磁铁等执行元件供电。这些相对于数控系统来讲，属于强电回路。这些强电回路是不能够和控制系统的弱电回路直接相连接的，只能够通过中间继电器等电子元器件转换成直流低压下工作的开关信号，才能够成为PLC或继电器逻辑控制电路的可接受的电信号。反之，PLC或继电器逻辑控制来的控制信号，也必须经过中间继电器或转换电路变成能连接到强电线路的信号，再由强电回路驱动执行元件工作。第四类信号是数控装置向外部传送的输入输出控制信号。

4、PLC在数控机床改造中应用设计

4.1 操作面板的控制

操作面板分為系统操作面板和机床操作面板。系统操作面板的控制信号先是进入NC，然后由NC送到PLC，控制数控机床的运行。机床操作面板控制信号，直接进入PLC，控制机床的运行。

4.2 PLC输入信号和输出信号控制

将机床完成检测的开关信号输入到送入PLC，进行逻辑运算。这些开关信号，包括很多检测元件信号（如：行程开关、接近开关、模式选择开关等等）。PLC输出信号经外围控制电路中的继电器、接触器、电磁阀等输出给控制对象。为了实现机床全自动化上下料装置，设计时，需要用逻辑思维方式完成自动化装置的输入输出点位，根据点位画出关系图。

在SINUMERIK 808D系统中，所有编辑完成的PLC程序都在子程序12 Product_Load里面，逻辑部分按照机床条件顺序控制要求制定，为实现2M9120A多用磨床自动装卸产品以及自动循环加工。

5、结论

由此可见，用SINUMERIK 808D系统对多用磨床改造后，实现了一键启动、一人多机、循环自动加工加工方式，操作员工只需要按照工艺加工要求，填写加工数据、搬运产品，同时，系统简化了电气控制系统的设计，为今后的维护维修也带来了方便，体现出改造机床功能的强大、简单、快捷、灵活、直观、高效率、低成本，可以进行全面推广。

参考文献：

[1] 创赢 基于西门子SINUMERIK 808D数控系统的经济型数控车床电气控制 机床工具 2014年

[2] 周荃.浅谈PLC在数控机床控制系统中的应用.