基于840D系统的双伺服动力刀架PLC程序研究

摘 要 本文以数控系统804D为平台，详细介绍了伺服动力刀架的两种编程方法之一：应用西门子功能块FC18定位动力头，旋转刀盘的完全PLC程序控制法，给车床电气设计的同仁提供参考。

关键词 车床电气；SIEMENS 840D；PLC控制

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）041-063-02

对于车床的电气编程而言，最复杂的部分就是刀架，尤其是双伺服动力刀架。本文结合作者多年工作经验，以机床自制SFW系列卧式刀架为例，详细介绍了只用PLC程序如何实现定位动力头，旋转刀架的控制方法，为应用西门子840D系统调试车床的电气设计的同仁提供参考，以解决车床刀架PLC编程的难题。

本文的刀架本体采用机床自制的SFW系列卧式刀架驱动器驱动，动力头电机为西门子1FT7108配置增量编码器电机，采用西门子功率模块直接驱动。

1 PLC程序控制动力头回零和定位

按照双伺服动力刀架的工作顺序，开机需要先回零，回零步骤包括动力头回零，动力头定位和刀盘回零三个步骤，具体程序如下：

1.1 控制动力头回零点PLC程序

A I 6.1 //刀架回零按钮

A DB11.DBX 6.2 //手动方式

A DB11.DBX 7.2 //回参考点方式

AN M 44.4 //回参考点标记位

A Q 2.1 //主轴使能灯

AN DB10.DBX 106.1 //无急停

A DB100.DBX 1167.7 //上电时序完成

S DB236.DBX 1.0 //刀架回参考点标记位

A DB236.DBX 1.0 //刀架开回参考点标记位

AN DB236.DBX 4.1 //FC18结束信号

= DB236.DBX 4.0 //FC18启动信号

A DB236.DBX 1.0 //刀架开回参考点标记位

A DB36.DBX 60.4 //轴定位到位信号

R DB236.DBX 1.0 //刀架回参考点标记位

AN DB236.DBX 1.0

JC m341

L B#16#2 //赋值给FC18

T DB236.DBB 5

L B#16#5

T DB236.DBB 6

L 0.000000e+000

T DB236.DBD 8

L 5.000000e+000

T DB236.DBD 12

CALL FC 18

Start ：=DB236.DBX4.0 //启动信号

Stop ：=DB236.DBX4.1 //停止信号

Funct ：=DB236.DBB5 //功能信号

Mode ：=DB236.DBB6 //定位方式

AxisNo：=6 //第6根轴

Pos ：=DB236.DBD8 //定位位置

FRate ：=DB236.DBD12 //定位速率

InPos ：=DB236.DBX16.0 //到位信号

Error ：=DB236.DBX16.1 //错误信号

State ：=DB236.DBB17 //错误代码

程序解析：在机床正常上电后其无急停按下时，机床处于回参考点模式下时，按下按钮I6.1刀架动力头开始由PLC的功能块FC18进行控制，按照给定的速率进行旋转，直到轴返回参考点信号DB36.DBX 60.4变为1时，结束PLC控制完成动力头的回零点过程。其中JC341跳转命令指出，当动力头回完参考点后，将跳过返回动力头的控制数据，跳至动力头定位的数据进行给FC18赋值。

1.2 PLC控制动力头定位角

动力头回完参考点后马上进入动力头定位，定位程序如下：

A I 6.2 //手动换刀按钮

A DB11.DBX 6.2 //手动方式

AN DB11.DBX 7.2 //非回参考点模式

O（

O DB11.DBX 6.1 //自动换刀

O DB11.DBX 6.0 //半自动换到

A DB21.DBX 61.0 //系统检测到T码变化

）

A Q 2.1 //主轴使能

AN DB10.DBX 106.1//无急停信号

A DB36.DBX 60.4 //动力头已回参考点S DB236.DBX 1.1 //动力头定位标记位

A DB236.DBX 1.1

= DB236.DBX 4.0 //启动FC18

A DB236.DBX 1.1 //动力头定位标记位

A DB236.DBX 2.1//定位完成信号

R DB236.DBX 1.1 //清楚标记位

AN DB236.DBX 1.1

JC m342

L B#16#1

T DB236.DBB 5

L B#16#2

T DB236.DBB 6

L 8.304000e+001

T DB236.DBD 8

L 5.000000e+001

T DB236.DBD 12

A DB236.DBX 16.0 //定位完成信号

S DB236.DBX 2.1 //定位完成信号

程序解析：开机回零后的每次手动或者自动回零都需要动力头定位，所以该段PLC程序集成了手动、自动和开机回零的三个过程，在这三个过程中都需要给FC18赋同样的值，让PLC程序控制动力头回到指定位置。程序中JC m342意为当动力头定位完成后，则跳转过次赋值FC18的程序，以保证FC18的赋值不乱。另外需要的注意的是本文用两次调用了FC18功能块，一是动力头回零，二是动力头定位。电气设计的同仁需要注意的是，在应用FC18功能块时，不管调用多少次，最好把FC18放在程序的最后，只调用一遍即可。

2 刀盘回零及转位

2.1 刀盘回零涉及如下

A M 2.0 //OB1第一次运行标记位 JC ff JU ff1

ff： T DB200.DBW 4 //刀架目标工位 ff1： NOP 0

上面是开机将目标工位清零程序，M2.0为OB1第一次运行标记位，第一次运行后程序就跳过ff标志处，跳至ff1标志处。伺服刀架回零程序描述：在满足DB11.DBX6.2和DB11.DBX2.2信号都激活，即回参考点模式下，按下按钮I6.1，刀盘转位完成信号M8.7到达后，将保持住回零信号完成信号M44.4，同时M44.4上升沿信号激活后，表明刀盘已经回零，将工位1赋值给目标刀位信号DB200.DBW4，完成刀架回零动作。

2.2 手动及自动换刀涉及程序

手动换刀程序解析：M400.6为手动换刀按钮按下的上升沿信号，该信号激活后触发M108.0手动换刀信号标记位，该信号在手动换刀完成信号M8.7激活后自动清零。手动换刀时，先判断当前工位DB200.DBW 0是否 等于最大工位的DB200.DBW 8，如果相等则将工位1赋值给目标工位DB200.DBW 4，如果不等将当前工位信号加1后赋值给目标工位信号。自动选刀程序与手动选刀程序类似，自动选到信号为DB21.DBX 61.0，当该信号激活后，直接将刀位信号DB21.DBW 118赋值给刀盘目标工位信号DB200.DBW 4即可。

2.3 刀架本体工作程序

刀架控制器工作原理：刀架控制器能够检测刀架的实时运行状态，如果有异常信号发出，马上发出报警信息。数控系统开始执行选刀指令后，先设置（PBIT1、PBIT2、PBIT4和PBIT8）等这些刀架选刀目标工位信号，延时T1≥20ms 后，选刀开始信号（PSTART）置“1”，再经过延时T2≥30ms。SFW控制器接到数控系统传输过来的选刀指令后，SFW控制器则输出信号INDEXD置“0”，SFW控制器进行自动选刀逻辑运算，自动确定转位方向和转动工位数；同时刀架控制器输出刀架本题松开指令，松开电磁阀启动，刀架本体松开；锁紧信号由开始的1信号变为0信号，刀架控制器锁紧输出信号LOCKED 输出“0”；然后伺服刀架开始转动，转到目标工位后停止；停止后刀架控制器发出锁紧指令，锁紧电磁阀闭合，刀架传感器锁紧信号为1时，刀架已经锁紧；刀架控制器发出选刀完成指令和锁紧指令即INDEXD置“1”和LOCKED置“1”，选刀结束。以上为双伺服动力刀架完全由PLC程序控制的方法，希望可以帮助到电气设计的同仁。

参考文献

[1]SFW系列伺服刀架说明书[M].沈阳机床刀架分公司，2010.

[2]西门子840Dl简明调试手册2008.Siemens， 2008.