西门子模块6ES7 215-1AG40-0XB0安装调试

引言：在新开发的产品中有一个型号为Q7的长条铝基台，要在上面加工两个φ3.7×1.65的平底盲孔，由于要求精度高，批量大，故无法用传统的钻模在钻床上加工，也很难在传统铣床上面加工，即使能加工效率也很低，并且设备损耗和电力损耗也很大。此工件的加工有着非常广泛的代表性，生产的很多产品有着类似的要求，为此，我们设计制做了一台用于此类产品加工的设备——通用型数控钻铣床。
　　一、系统概述
　　系统构成如图1所示，控制部分采用PLC，并配以人机界面进行程序参数修改、设定，
　　

　　以及运行状态显示监控，可编程设置人机界面的内容。三轴均为全数字交流伺服系统，各轴伺服电机通过连轴器带动滚珠丝杠，以移动配有直线导轨的工作台和主轴铣头，其定位准确，速度快。主轴铣头由变频器控制，根据刀具及工件和进给量，来设置主轴合理的转速，并在程序中设定它的启动停止。各轴均设二端极限传感器和原点传感器，冷却和润滑也都有异常检测，在报警灯和人机界面处显示报警信息。为便于调试和检修，各项操作均设手动功能，如手动各轴快慢移动、主轴高低速旋转、切削液及润滑开关等。此机床整体虽为半闭环控制，只要选件、装配、程序编制及操作合理，精度和稳定性还是能满足使用要求的。
　　二、硬件配置
　　PLC选用永宏的FBS-40MCT，该型机具有较高的性价比，体积小，功能强，24点输入，其中有16点高速计数器，频率可达120K，16点输出，其中有4轴步进或伺服输出整合在里面，输出频率可达120K，使应用起来非常方便，接线简捷。编程软件WinProladder有梯形图大师之称，易学易用且功能强大，编辑、监视、除错等操作非常顺手，按键、鼠标并用及在线即时指令功能查询与操作指引，使编辑、输入效率倍增。
　　接点分配：取各轴伺服电机的Z相信号作原点开关，要分接在几个高速输入点上，用中断进行机床原点复归，其余限位开关、操作开关、液位检知等常规接点可按顺序依次接入。X、Y、Z三轴伺服电机连在前3轴伺服输出点，主轴高低速、冷却、报警等接在其余输出点上。
　　X、Y、Z3轴伺服系统均选用相同的，和利时的ES系列全数字交流伺服驱动器0040E-CBCEE-02，和60系列小惯量的伺服电机60CB040C-2DE6E。该伺服系统功能比较完善，如能耗制动、电子齿轮、自动加减速等，具备多种脉冲串输入，保护功能也比较完备，有欠压、过压、过流、过载、堵转、失速、位置超差、编码器异常等。在此设备中按集电极开路驱动方式连接至PLC，高脉冲输入频率为200K,伺服ON、Z相信号等也做相应连接。
　　变频器选用富凌的DZB70B0015L2A，规格为单相1500W，400Hz，有多步速供编辑使用。由于正常使用时不频繁变速，故速度调节设定不引出，只在变频器操作面板上调节，设定两个速度，高速用于加工，低速用于对刀。调节相关参数与主轴匹配，如基频、基压、运行频率上限、载频等，并改动相应跳线。
　　主轴没有采用传统方式，而是根据加工需要，采用了雕刻机用的电主轴，安阳莱必泰的ADX80-24Z/1型，其体积小、噪音低，直径只有80mm,这样使整个主轴箱便于整体密封，可有效地防止加工中的碎屑飞溅到Z轴的丝杠和导轨上造成损害，也使主轴箱外表显得美观。它的高转速为24000转/分，使正常工作转速转有一个合适的余量范围。
　　人机界面选用人机电子的通用可编程文本显示器MD204L，它可以以文字或指示灯等形式监视、修改PLC内部寄存器或继电器的数值及状态。
　　三、软件设计
　　机床工作的流程图如图2所示，开机后先检测手动开关是否有效，若手动开关有效
　　

　　即利用各手动控制开关执行手动操作的项目。若手动开关无效，则启动原点复归程序，各轴进行机床原点复归，先回Z轴再回其它两轴，当所有轴都原点复归成功后才能进行到下一步。若刀具和工装夹具、工件程序均没有变动，可复位到加工预备状态而不进行对刀，若需对刀，则打开对刀开关启动对刀程序，3轴分别对刀，即找工件原点，利用手动各轴移动开关快慢移动各轴，使工件的三个面分别碰触低速旋转的刀具，刚好碰上为止。对好后，按对刀OK确认，再输入刀补，经过程序处理，即形成工件原点也就是编程0点，编程时根据此0点按照图纸计算刀具路径，可使操作者思路清晰，编辑运算简单。操作者编辑的是用户程序，可以编辑刀具轨迹，就是各轴移动坐标，还有移动速度、循环加工时的循环次数等。编好程序后或使用当前程序时，即复位到预备状态：各轴移动到初始位—一个合适的位置，装卸工件方便、不易碰触刀具时，装上工件，按启动即可开始加工，主轴运转，冷却液开，各轴按程序设定坐标移动。当加工结束时，机床复位，即各轴又移动到初始位，主轴停，冷却关，这时可卸下工件，完成加工过程。
　　工件的加工流程图如图3所示，以Q7产品为例，胎具上一次装夹15只工件，那么
　　

　　就有30个φ3.7的平底盲孔需要加工，刀具选用φ3.7的2刃钨钢立铣刀，钻削加工，钻削深度1.65mm。在预备状态时紧靠工作台上的定位固定好胎具，按启动后，主轴旋转，待主轴即将达到额定转速时，X、Y轴同时运转到加工工位，也就是个孔的X、Y工件坐标值，此时冷却液打开、Z轴快速下降到加工区，即铣刀端面即将触及工件加工面，迅速变用缓慢的工进速度开始钻削加工。当加工深度到达设定深度（1.65mm）时，Z轴带动铣刀迅速抬起，抬起的高度为铣刀端面水平方向上碰触不到工件及胎具为准。计数器加1后程序进行比较运算，判断加工是否完了，如否，则X、Y轴继续运转到下一加工工位，再重复Z轴下降加工动作。如加工完了，产量计数器加数、主轴停转、冷却液关闭，同时发出5s声光报讯，用以提醒操作者，各轴移动到初始位：Z轴到上端；X轴到左端；Y轴到外端。卸下胎具后，一个加工周期完成，装上胎具再按启动即开始进行下一轮加工。
　　
　　四、一些着重的电气措施
　　1.主回路加装漏电断路器，相应回路都安装合适的断路器。
　　2.PLC和伺服系统的电源处都分别加有电源滤波器。
　　3.各直流继电器线圈都并接反峰二极管，交流接触器线圈并接阻容吸收回路。
　　4.润滑、主轴冷却都设液位低报警器。
　　5.伺服控制线、人机界面通讯线等使用屏蔽线，并远离电源线。
　　6.在拖链内走线，使用耐折的柔性电缆，并尽量增大拖链的弯曲半径。
　　7.变频器与PLC、伺服驱动器等保持一定距离。

1 引言
　　 可编程控制器(PLC)，是集自动控制技术、计算机技术、和通讯技术为一体的高科技产品。具有可靠性高，功能齐全，使用灵活方便等优点。
　　本文介绍的是应用可编程控制器(永宏PLC)、人机界面(日本Digital触摸屏)、伺服系统(松下伺服)来实现磨床的自动化改造。
　　传统的普通磨床在一定的使用年限以后，其定位系统会受到很大程度的损坏，将会影响加工的精度，基于此问题，对其进行改造时其定位控制装置的选择就显得尤为重要，永宏PLC的NC定位功能较其它PLC更(本例精度可达0.01mm)，且程序的设计和调试相当方便。因此，我公司选用永宏PLC作为磨床自动化改造的定位控制部分。
　　2 控制系统简介
　　 系统的结构框图如图1所示，整个系统由三部分组成:(1)操作部分(人机界面):用于操作、设置磨削参数、显示磨床运行状况、故障报警;(2)控制部分(永宏PLC):主要控制磨床的定位;(3)执行部分(伺服电机及伺服驱动器)。
　　 

　　图1 系统的结构框图

　　3 系统示意图
　　 具体功能及动作要求如下:
　　 (1) 初始(开机瞬时):当伺服放大器主电源接通2ms后，伺服放大器回馈一信号至PLC(X4)[S-RDY 伺服准备]，此时如果没有:伺服ALM(X5)、上超程LS1(X10)或下超程LS2(X11)，则PLC延时1s输出一信号[SRV-ON(Y4)]给伺服放大器。也就是说只有当没有:伺服报警ALM(X5)、上超程LS1(X10)或下超程LS2(X11)时，伺服系统才可做下面的动作。
　　 (2) 点进与点退:点进、点退的速度(120.000mm/min~180.mm/min)，行程(0.001mm~500.000mm)均由人机界面设定;当在LS3~LS1行程内时,如图2所示.。点进、点退只能以0.120mm/min的速度运动，当点退至LS3时，点退以0.100mm/min的速度运动，利用Z相脉冲作高速计数，计数到，点退停;当按点进时，正向向下慢行，利用A相脉冲高速计数，计数到，点进停;此时可用人机界面上的清除键清除偏差计数器，并将此时位置设为原点。
　　 

　　图2 系统示意图

　　 (3) 回原点(SB4旋至手动[MAN]时有效):回原点速度在人机界面上设定，当回原点到LS3时，磨头主轴继续作慢速反向向上运动，计Z相脉冲，计数到，处理中断子程序:正向向下慢行，同时计A相脉冲，计数到，停止脉冲输出;同时发出清零信号，伺服之CL有效。
　　 (4) 自动(SB4打到自动时有效):按人机界面上的启动键，磨头主轴以设定的快进速度、快进行程正向向下运动。当完成快进行程后，转为慢进，此时LS4每发1个脉冲，磨头以设定的慢进速度、慢进行程向下进给一次;此时若按人机界面上的暂停键，可停止输出脉冲，再按暂停键，恢复输出脉冲。当完成工作行程时，停止输出脉冲。按人机界面上的返回键(或自动返回设定为ON时)，此时磨头以快速回原点，过程与手动回原点类似。
　　 (5) 报警:人机界面上的报警信号灯闪烁，历史报警表将会记下每次报警的时间，同时蜂鸣器嘟…嘟…作响，且伺服自动停;只有故障消除后，方可消除报警信号，再按报警识别键，即可在历史报警表中将该报警记录删除。
　　4 定位功能说明
　　 三段速度图如图3所示,伺服命令如图4所示,伺服命令表格如图5所示。
　　图5中的第1步:脉冲频率=10kHz，正转20000个单位，动作完成GOTO NEXT。
　　第2步:脉冲频率=50kHz，正转60000个单位, 动作完成GOTO NEXT。
　　第3步:脉冲频率=3kHz，正转5000个单位, 等待X0 ON，重新由第1步开始。
　　 

　　图3 三段速度图

　　图4 伺服命令

　　图5 生成的表格

　　5 结束语
　　 PLC系统的NC定位功能在本例中占有重要的地位，只有选择合适的PLC才能使定位达到预期的效果