世纪星数控典型设计举例.docx
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世纪星数控典型设计举例
第五章典型设计举例
摘要:
本章介绍HNC-21数控装置应用于数控铣床和数控车床的控制系统典型设计。
5.1概述
HNC-21数控装置应用于不同的数控机床,主要有三方面的区别:
●进给驱动装置不同
—具体内容已经在2.9节介绍;
●输入输出开关量之间的逻辑关系,即PLC编程不同
—具体方法详见《PLC编程》一书;
●输入输出开关量的定义和电气设计不同
--本章主要涉及这部分内容。
XS8中的输入输出开关量I32~I39、O28~O31和XS11、XS21接口中的输入输出开关量I32~I39、O28~O31在电路上是并联关系。
通常,这12位输入输出开关量信号是为手持操作单元预留的,因此,其定义在XS8中标出。
若没有安装手持操作单元,一般在XS11、XS21中也不使用这些信号(以便将来扩展手持操作单元),而尽量使用其他信号。
输入输出开关量通常分两类:
连接在电柜内部的开关量和连接到机床的开关量。
在调试时,电柜调试和机电联调一般是分别进行。
所以在定义时,尽量将这两类信号分别安排在不同的接口,以方便安装与调试。
电柜内部的开关量输入信号较少,而开关量输出信号较多,因此一般使用XS11、XS20作为电柜内部的开关量输入输出接口;使用XS10、XS21作为到机床的开关量输入输出接口。
电柜内部的开关量输入输出信号可以由XS11、XS20接口直接连接到各元器件,或经过I/O分线端子板或端子转接到各元器件(当有操作台或吊挂时);到机床的开关量输入输出信号则必须经I/O分线端子板或端子来转接,以方便调试和检查。
5.2数控铣床系统设计举例
5.2.1系统简介
机床:
四坐标铣床,X、Y、Z直线坐标轴+A旋转坐标轴(数控转台);
控制柜结构:
强电控制柜+吊挂箱;
主轴:
变频器,液压换档,分高速、低速两档。
表5.2.1典型铣床数控系统设计主要器件
序号
名称
规格
主要用途
备注
1
数控装置
HNC-21MC
控制系统
华中数控
2
软驱单元
HFD-2001
数据交换
华中数控
3
手持单元
HWL-1001
手摇控制
华中数控
4
控制变压器
AC380/220V300W
/110V250W
/24V100W
/24V100W
伺服控制电源、开关电源供电
华中数控
热交换器及交流接触器电源
照明灯电源
HNC-21MC电源
5
伺服变压器
3相AC380/200V7.5KW
为HSV-11型电源模块供电
华中数控
6
开关电源
AC220/DC24V50W
开关量及中间继电器
明玮
7
开关电源
AC220/DC24V100W
升降轴抱闸及电磁阀
明玮
8
伺服电源模块
HSV-11P
为伺服驱动器供强电
华中数控
9
伺服驱动器
HSV-11D075
X、Y、Z轴电机驱动装置
华中数控
10
伺服驱动器
HSV-11D050
A轴电机驱动装置
华中数控
11
主轴变频器
CIMR-G5A45P51A5.5KW
主轴电机驱动装置
安川
14
主轴电机
4KW
矢量控制变频电机
河北
13
伺服电机
1FT6074(14NM)
X、Y轴进给电机
兰州电机厂
15
伺服电机
1FT6074+G45(14NM抱闸)
Z轴进给电机
兰州电机厂
16
伺服电机
130STZ6-1(6NM)
A轴进给电机
华中数控
5.2.2总体框图
5.2.3输入输出开关量的定义
以下为典型铣床数控系统对输入输出开关量的定义,在本章的例子中,有些开关量虽然给出了定义但并未使用。
XS8插座中的I30—I39、O28—O31信号与XS11和XS21插座中各同名信号均为并联关系,留给手持单元使用,直接由XS8引出。
对输入I和输出O重新标号为X和Y,是为了与PLC状态显示相一致,在PLC编程中也更方便。
X0.0、X0.1…X1.2与I00、I01…I10相对应。
即X0代表PLC输入第0个字节,X1代表PLC输入第1个字节;X1.3代表PLC输入第1个字节的第三位,即输入开关量的I11。
XS21(DB25/F)未用。
XS8(DB25/F头针座孔)手持单元接口:
引脚号
信号名
标号
定义
13
5V地
手摇脉冲发生器+5V电源地
25
+5V
手摇脉冲发生器+5V电源
12
HB
手摇脉冲发生器B相
24
HA
手摇脉冲发生器A相
11
O28
Y3.4
未定义;
23
O29
Y3.5
未定义;
10
O30
Y3.6
手持单元工作指示灯,低电平有效;
22
O31
Y3.7
未定义
9
I32
X4.0
手持单元坐标选择输入X轴,常开点,闭合有效;
21
I33
X4.1
手持单元坐标选择输入Y轴,常开点,闭合有效;
8
I34
X4.2
手持单元坐标选择输入Z轴,常开点,闭合有效;
20
I35
X4.3
手持单元坐标选择输入A轴,常开点,闭合有效;
7
I36
X4.4
手持单元增量倍率输入X1,常开点,闭合有效;
19
I37
X4.5
手持单元增量倍率输入X10,常开点,闭合有效;
6
I38
X4.6
手持单元增量倍率输入X100,常开点,闭合有效;
18
I39
X4.7
手持单元使能输入,常开点,闭合有效;
5
空
17
ESTOP3
ES3
手持单元急停按钮串接到急停回路的端子
4
ESTOP2
ES2
手持单元急停按钮串接到急停回路的端子
3,16
+24V
24V
为手持单元的输入输出开关量供电的DC24V电源
1,2,14,15
24V地
24G
为手持单元的输入输出开关量供电的DC24V电源地
●XS10(DB25/F头针座孔)输入接口(I0~I19):
引脚号
信号名
标号
信号定义
13
I0
X0.0
X轴正向超程限位开关,常开点,闭合有效;
25
I1
X0.1
X轴负向超程限位开关,常开点,闭合有效;
12
I2
X0.2
Y轴正向超程限位开关,常开点,闭合有效;
24
I3
X0.3
Y轴负向超程限位开关,常开点,闭合有效;
11
I4
X0.4
Z轴正向超程限位开关,常开点,闭合有效;
23
I5
X0.5
Z轴负向超程限位开关,常开点,闭合有效;
10
I6
X0.6
A轴正向超程限位开关,常开点,闭合有效;
22
I7
X0.7
A轴负向超程限位开关,常开点,闭合有效;
9
I8
X1.0
X轴回参考点开关,常开点,闭合有效;
21
I9
X1.1
Y轴回参考点开关,常开点,闭合有效;
8
I10
X1.2
Z轴回参考点开关,常开点,闭合有效;
20
I11
X1.3
A轴回参考点开关,常开点,闭合有效;
7
I12
X1.4
冷却系统报警,常闭点,断开有效;(未用)
19
I13
X1.5
润滑系统报警,常闭点,断开有效;
6
I14
X1.6
压力系统报警,常闭点,断开有效;
18
I15
X1.7
未定义;
5
I16
X2.0
主轴一档(低速)到位,常闭点,断开有效;
17
I17
X2.1
主轴二档(高速)到位,常开点,闭合有效;
4
I18
X2.2
未定义;
16
I19
X2.3
未定义;
3
空
1,2,14,15
24V地
外部直流24V电源地
●XS11(DB25/F头针座孔)输入接口(I20~I39):
引脚号
信号名
标号
信号定义
13
I20
X2.4
外部运行允许,常开点,闭合有效;
25
I21
X2.5
伺服电源准备好,常开点,闭合有效;
12
I22
X2.6
伺服驱动模块OK,常开点,闭合有效;
24
I23
X2.7
电柜空气开关OK,常开点,闭合有效;
11
I24
X3.0
主轴报警,常闭点,断开有效;
23
I25
X3.1
主轴速度到达,常开点,闭合有效;
10
I26
X3.2
主轴零速,常开点,闭合有效;
22
I27
X3.3
主轴定向完成,常开点,闭合有效;(未用)
9
I28
X3.4
未定义;
21
I29
X3.5
未定义;
8
I30
X3.6
未定义;
20
I31
X3.7
未定义;
4-7、
16-19
I32-I39
X4.0-
X4.7
与XS8并联,用于手持单元的坐标选择输入、增量倍率输入、使能按钮输入;
3
空
1,2,14,15
24V地
外部直流24V电源地
●XS20(DB25/F头孔座针)O0~O15:
引脚号
信号名
标号
信号定义
13
O00
Y0.0
运行允许,低电平有效;
25
O01
Y0.1
系统复位,低电平有效;
12
O02
Y0.2
伺服允许,低电平有效;
24
O03
Y0.3
SV_CWL(伺服减电流),低电平有效;
11
O04
Y0.4
升降轴抱闸,低电平有效;
23
O05
Y0.5
冷却开,低电平有效;
10
O06
Y0.6
刀具松,低电平有效;
22
O07
Y0.7
未定义;
9
O08
Y1.0
主轴正转(主轴使能),低电平有效;
21
O09
Y1.1
主轴反转(主轴使能),低电平有效;
8
O10
Y1.2
主轴制动,低电平有效;(未用)
20
O11
Y1.3
主轴定向,低电平有效;(未用)
7
O12
Y1.4
主轴一档(低速),低电平有效;
19
O13
Y1.5
主轴二档(高速),低电平有效;(未用)
6
O14
Y1.6
未定义;(主轴三档备用,低电平有效。
)
18
O15
Y1.7
未定义;(主轴四档备用,低电平有效。
)
5
空
17
ESTOP3
急停回路驱动KA继电器控制动力电源的输出端子
(见图2.10.1)
4
ESTOP1
急停回路与超程回路的串联的接入端子
(见图2.10.1)
16
OTBS2
超程限位开关的接入端子(见图2.10.1)
3
OTPS1
超程限位开关的接入端子(见图2.10.1)
1,2,1415
24V地
外部直流24V电源地
5.2.4电气原理图简介
下面以示意图的形式,给出电气原理图的主要部分。
对于线号,仅给出了在不同的页面均出现的线缆的线号。
5.2.4.1电源部分
在本设计中,照明灯的AC24V电源和HNC-21的AC24V电源是各自独立的;工作电流较大的电磁阀用DC24V电源与输出开关量(如继电器、伺服控制信号等)用的DC24V电源也是各自独立的,且中间用一个低通滤波器隔离开来。
总电源进线、变压器输入端等处的抗干扰磁环和高压瓷片电容未在图中表示出来。
图5.2.2中QF0~QF4为三相空气开关;QF5~QF11为单相空气开关;KM1~KM4为三相交流接触器;RC1~RC3为三相阻容吸收器(灭弧器);RC4~RC7为单相阻容吸收器(灭弧器);KA1~KA10为直流24V继电器;V1、V2、V3、VZ为续流二极管;YV1、YV2、YV3、YVZ为电磁阀和Z轴电机抱闸。
表示该部分信号在其他原理图中需要使用。
5.2.4.2继电器与输入输出开关量
继电器主要是由输出开关量控制的,输入开关量主要是指进给装置、主轴装置、机床电气等部分的状态信息与报警信息。
图中KA1~KA10为中间继电器;
SQX-1、SQX-3分别为X轴的正、负超程限位开关的常闭触点;
SQY-1、SQY-3分别为Y轴的正、负超程限位开关的常闭触点;
SQZ-1、SQZ-3分别为Z轴的正、负超程限位开关的常闭触点;
440为来自伺服电源模块与伺服驱动模块的故障连锁;
100为图5.2.2中DC24V50W开关电源的地;
图中100,为图5.2.2中DC24V50W开关电源的地;
手持单元的部件标识为31,并由PMC系统参数中按其部件号来引用该设备。
(参数设置见第三章)
5.2.4.3主轴单元接线图
5.2.4.4伺服驱动器接线图
用HSV-11型伺服驱动器驱动1FT6系列伺服电机时要特别注意:
伺服电机电源线V、W应该与图5.2.7所示的接法交换。
各电缆线的连接见图5.2.8。
5.3数控车床系统设计举例
5.3.1系统简介
机床:
两坐标卧式车床,带四刀位自动刀架;
控制柜结构:
强电控制柜+操作站;
主轴:
普通异步电机,机械手动换档变速。
表5.3.1典型车床数控系统设计主要器件
序号
名称
规格
主要用途
备注
1.
数控装置
HNC-21TC
控制系统
华中数控
2.
软驱单元
HFD-2001
数据交换
华中数控
3.
控制变压器
AC380/220V300W
/110V250W
/24V100W
/24V100W
伺服控制电源、开关电源供电
华中数控
交流接触器电源
照明灯电源
HNC-21TC电源
7.
伺服变压器
3PAC380/200V2.5KW
为伺服电源模块供电
华中数控
8.
开关电源
AC220/DC24V100W
开关量及中间继电器
明玮
9.
伺服电源模块
HSV-11P075
为伺服驱动器供强电
华中数控
10.
伺服驱动器
HSV-11D030
X、Z轴电机伺服驱动器
华中数控
11.
伺服电机
110STZ4-1-LM(4NM)
X轴进给电机
华中数控
12.
伺服电机
130STZ7.5-1-LM(7.5NM)
Z轴进给电机
华中数控
5.3.2总体框图
5.3.3输入输出开关量定义
以下为典型车床数控系统对输入输出开关量的定义,在本章的例子中,虽然有些输入输出开关量给出了定义,但并未使用。
XS8手持单元给出了定义,但在本例中没有使用。
XS21(DB25/F)未用。
XS8(DB25)手持单元接口:
引脚号
信号名
标号
定义
13
5V地
手摇脉冲发生器+5V电源地
25
+5V
手摇脉冲发生器+5V电源
12
HB
手摇脉冲发生器B相
24
HA
手摇脉冲发生器A相
11
O28
Y3.4
未定义;
23
O29
Y3.5
未定义;
10
O30
Y3.6
手持单元工作指示灯,低电平有效;
22
O31
Y3.7
未定义
9
I32
X4.0
手持单元坐标选择输入X轴,常开点,闭合有效;
21
I33
X4.1
手持单元坐标选择输入Y轴,常开点,闭合有效;
8
I34
X4.2
手持单元坐标选择输入Z轴,常开点,闭合有效;
20
I35
X4.3
手持单元坐标选择输入A轴,常开点,闭合有效;
7
I36
X4.4
手持单元增量倍率输入X1,常开点,闭合有效;
19
I37
X4.5
手持单元增量倍率输入X10,常开点,闭合有效;
6
I38
X4.6
手持单元增量倍率输入X100,常开点,闭合有效;
18
I39
X4.7
手持单元使能输入,常开点,闭合有效;
5
空
17
ESTOP3
手持单元急停按钮串接到急停回路的端子
4
ESTOP2
手持单元急停按钮串接到急停回路的端子
3,16
+24V
为手持单元的输入输出开关量供电的DC24V电源
1,2,14,15
24V地
为手持单元的输入输出开关量供电的DC24V电源地
●XS10(DB25/F头针座孔)输入接口(I0~I19):
引脚号
信号名
标号
信号定义
13
I0
X0.0
X轴正超程限位开关,常开点,闭合有效;
25
I1
X0.1
X轴负超程限位开关,常开点,闭合有效;
12
I2
X0.2
Z轴正超程限位开关,常开点,闭合有效;
24
I3
X0.3
Z轴负超程限位开关,常开点,闭合有效;
11
I4
X0.4
C轴正超程限位开关,常开点,闭合有效;(未用)
23
I5
X0.5
C轴负超程限位开关,常开点,闭合有效;(未用)
10
I6
X0.6
卡盘夹紧到位,常开点,闭合有效;(未用)
22
I7
X0.7
卡盘松开到位,常开点,闭合有效;(未用)
9
I8
X1.0
X轴回参考点开关,常开点,闭合有效;
21
I9
X1.1
Z轴回参考点开关,常开点,闭合有效;
8
I10
X1.2
C轴回参考点开关,常开点,闭合有效;(未用)
20
I11
X1.3
未定义;
7
I12
X1.4
冷却系统报警,常闭点,断开有效;
19
I13
X1.5
润滑系统报警,常闭点,断开有效;(未用)
6
I14
X1.6
压力系统报警,常闭点,断开有效;(未用)
18
I15
X1.7
未定义;
5
I16
X2.0
主轴一档到位,常开点,闭合有效;(未用)
17
I17
X2.1
主轴二档到位,常开点,闭合有效;(未用)
4
I18
X2.2
未定义;
16
I19
X2.3
未定义;
3
空
1,2,14,15
24V地
外部直流24V电源地
●XS11(DB25/F头针座孔)输入接口(I20~I39):
引脚号
信号名
标号
信号定义
13
I20
X2.4
外部运行允许,常开点,闭合有效;
25
I21
X2.5
伺服电源模块OK,常开点,闭合有效;
12
I22
X2.6
伺服驱动器OK,常开点,闭合有效;
24
I23
X2.7
电柜空气开关OK,常开点,闭合有效;
11
I24
X3.0
主轴报警,常闭点,断开有效;
23
I25
X3.1
主轴速度到达,常开点,闭合有效;(未用)
10
I26
X3.2
1号刀到位,常开点,闭合有效;
22
I27
X3.3
2号刀到位,常开点,闭合有效;
9
I28
X3.4
3号刀到位,常开点,闭合有效;
21
I29
X3.5
4号刀到位,常开点,闭合有效;
8
I30
X3.6
5号刀到位,常开点,闭合有效;(未用)
20
I31
X3.7
6号刀到位,常开点,闭合有效;(未用)
4-7、
16-19
I32-I39
X4.0-
X4.7
与XS8并联,用于手持单元的坐标选择输入、增量倍率输入、使能按钮输入;
3
空
见XS8
1,2,14,15
24V地
外部直流24V电源地
●XS20(DB25/F头孔座针)O0~O15:
引脚号
信号名
标号
信号定义
13
O00
Y0.0
运行允许,低电平有效;
25
O01
Y0.1
系统复位,低电平有效;
12
O02
Y0.2
伺服允许,低电平有效;
24
O03
Y0.3
SV_CWL伺服减电流,低电平有效;(未用)
11
O04
Y0.4
升降轴抱闸,低电平有效;(未用)
23
O05
Y0.5
冷却开,低电平有效;
10
O06
Y0.6
刀库正转,低电平有效;
22
O07
Y0.7
刀库反转,低电平有效;
9
O08
Y1.0
主轴正转(主轴使能),低电平有效;
21
O09
Y1.1
主轴反转(主轴使能),低电平有效;
8
O10
Y1.2
主轴制动,低电平有效;
20
O11
Y1.3
卡盘松,低电平有效;(未用)
7
O12
Y1.4
主轴一档,低电平有效;(未用)
19
O13
Y1.5
主轴二档,低电平有效;(未用)
6
O14
Y1.6
未定义;
18
O15
Y1.7
未定义;
5
空
17
ESTOP3
急停回路驱动KA继电器,控制动力电源的输出端子(见图2.10.1)
4
ESTOP1
急停回路与超程回路的串联的接入端子
(见图2.10.1)
16
OTBS2
超程限位开关的接入端子(见图2.10.1)
3
OTPS1
超程限位开关的接入端子(见图2.10.1)
1,2,14,15
24V地
外部直流24V电源地
5.3.4电气原理图简介
下面以示意图的形式,显示了电气原理图的主要部分,对于线号仅给出了在不同的页面均出现的线缆的线号。
5.3.4.1电源部分
在本设计中,照明灯的AC24V电源和HNC-21的AC24V电源是各自独立的;系统中没有电磁阀因此只用了一个DC24V100W的开关电源,在开关电源进线侧用一个低通滤波器与伺服控制电源(AC220V)隔离开来。
总电源进线、变压器输入端等处的磁环和高压瓷片电容未在图中表示出来。
图5.3.2中QF0~QF4为三相空气开关;QF5~QF10为单相空气开关;KM1~KM6为三相交流接触器;RC1~RC4为三相阻容吸收器(灭弧器);RC5~RC10为单相阻容吸收器(灭弧器);KA1~KA8为直流24V继电器;
5.3.4.2继电器与输入输出开关量
继电器主要是由输出开关量控制的,输入开关量主要是指进给装置、主轴装置、机床电气等部分的状态信息与报警信息。
图5.3.3中,KA1~KA8为中间继电器;
SQX-1、SQX-3分别为X轴的正、负限位开关的常闭触点;
SQZ-1、SQZ-3分别为Z轴的正、负限位开关的常闭触点;
420为来自伺服电源模块与伺服驱动模块的故障连锁;
100为图5.3.2中DC24V50W开关电源的地;
图5.3.4中,100、24V,为图5.3.2中DC24V100W开关电源的输出;
因为没有手持单元,所以XS8中的两个急停回路引脚需要短接起来,如图5.3.5所示。
5.3.4.3伺服单元接线图
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