数控系统综合实验指导-3

项目三数控系统PLC编程与调试

一、实验目的

1、掌握数控系统中PLC的信息交换方法及其接口变量。

2、掌握数控系统的辅助功能实现及PLC编程方法。

3、掌握数控系统的PLC程序调试、诊断方法。

二、实验设备及工具

1、西门子802S/C数控机床综合实验台

2、万用表

3、连接线若干

三、实验任务及要求

1、实验准备任务

（1）查阅“西门子802S/C系统安装调试手册”，回答下列问题：

※西门子802S/C的PLC与NCK（数控核心软件）、MMC（人机控制界面）之间如何交换信息？

※ V30000000.2、V31000000.2、V38001000.1、V33000001.0、V10000000.0、V10000000.1传递什么信息？其值为1的条件是什么？

※变量VD25002000用于传递什么信息？V25000001.4用于传递什么信息？

※ M03、M04等辅助控制指令如何由NCK传给PLC？V25001000.3为1的条件是什么？

※ MD14510、MD14512等PLC参数有什么作用？其数据类型是什么？参数地址是什么？

（2）分析下列换刀程序的控制逻辑，并绘制控制流程图。

换刀程序用于实现对车床4工位电动刀架的控制。电动刀架主要由上刀体、下刀体、定位零件及传动件等组成。刀具安装在上刀体中，并可随上刀体一同旋转。为检测刀具位置，在刀架的上部安装有检测刀具位置的传感器（霍尔元件）。电动刀架结构如图1所示。

图1 电动刀架结构

刀架换刀的过程如下：首先，系统根据刀位检测信号，判断是否需要换刀，如果目标刀号与当前（检测）刀号不同，则执行换刀动作。换刀动作包括上刀体抬起、旋转（找刀）等动作，由

刀架电机正转并通过传动机构实现。当前刀号与目标刀号相同时，刀架电机停转然后反转，使得上刀体下降完成定位锁紧过程。刀架电机反转的时间由PLC设定，当设定的反转时间到后，刀架电机停转，换刀过程结束。换刀控制可通过手动模式、自动模式或MDA模式实现。为安全起见，数控机床在换刀过程中，禁止机床进给运动；反之亦然。

下面给出RTMC系列实验台的电动刀架换刀程序。图2是换刀控制主程序。已知I1.0、I1.1、I1.2、I1.3为刀位检测信号，Q0.4、Q0.5是刀架正转、反转控制信号。Tool_1、Tool_2分别是手动和自动/MDA换刀子程序。

主程序中，用MD32暂存当前刀号，V11000000.3分配为刀架电机旋转指示灯（LED4），V31000000.2、V31000000.1、V31000000.0的作用详见802S/C系统安装调试手册。VD14000000分配用于在系统关机后保存刀架当前刀号。

图2 RTMC系列实验台换刀程序（主）

子程序Tool_1用于实现手动换刀。其中MD36存放目标刀号。定时器T2用于对刀架反转时间进行记时。反转时间以PLC参数的形式设定，其地址为VW45000012，对应机床数据MD14510[7]。Tool_2是自动换刀子程序。请思考自动换刀的控制逻辑以及相关的PLC接口变量。

图3 RTMC系列实验台换刀子程序（手动）

（3）辅助功能及PLC编程设计任务

※机床润滑控制功能的PLC编程设计一个机床润滑控制PLC子程序，控制要求如下：按下MCP面板上的润滑键，开启/关闭润滑功能，开启后系统按设定时间间隔启动/停止润滑油泵；同时，可设定（选择）系统开机后自动润滑一段时间；在系统急停、润滑液位过低的情况下停止润滑。

※机床冷却控制功能的PLC编程设计一个机床冷却液控制子程序，控制要求如下：通过手动方式（按下MCP面板的冷却键启动/停止冷却，也可在自动或MDA方式下执行M07或M08启动冷却，执行M09停止冷却；此外，在急停、冷却液位过低的情况下停止冷却输出。

2、实验过程任务

（1）802S/C系统PLC接口变量及调试任务

※将实验台演示面板上的“机床/面板”纽子开关拨到“面板”一侧，然后拨通与X轴的正、

负硬限位对应的输入钮子开关，查看系统屏幕报警信息，然后反复闭合、断开上述纽子开关，利用PLC监控功能查看并记录V38001000.0、V38001000.1值，解释其值的含义。

※利用正常操作方式选择JOG模式，然后观察PLC变量V30000000.2、V31000000.2的值；在PLC监控界面中将V30000000.2的值修改为0，观察系统此时处于何种操作模式，并解释其原因。

※在JOG模式下，将PLC变量V32000006.0修改为1，然后按下点动操作按键，观察系统反应并解释原因。

（2）数控系统辅助功能的编程与调试

※利用Programming Tool PLC802软件，将实验台数控系统PLC程序导出并另存；将编写的冷却、润滑控制子程序添加到导出的系统PLC程序中并保存。

※将修改过的PLC程序下载到802S/C系统中，重启系统后对冷却、润滑子程序进行调试。

3、实验报告要求

实验报告的主要内容及要求：

（1）实验准备任务完成结果的报告

※简要回答实验准备任务的各项问题。

※说明TRMC系列实验台换刀程序的控制逻辑，并绘制控制流程图。

（2）实验过程任务报告

※简述PLC接口变量的调试过程、结果及其解释。

※简述冷却、润滑子程序的控制逻辑及相关变量，绘制控制流程图、程序梯形图。

四、实验指导

802S/C系统的PLC是基于S7-200系列PLC技术开发，其指令系统是S7-200系列PLC指令系统的一个子集，而其编程软件Programming Tool PLC802与Step 7-MicroWin的界面及使用方法基本相同。另一方面，802S/C系统的PLC应用开发又与S7-200有许多不同之处。这些不同之处，是掌握802S/C系统PLC编程的重点。

1、PLC接口变量与接口信号区

根据数控系统的组成原理可知，数控系统中的PLC主要完成各种逻辑处理及控制。数控系统的各种控制功能，是在系统NCK和PLC的相互配合下实现的。因此，在数控系统NCK和PLC之间，存在着大量的信息交换。交换的信息包括由PLC发送给NCK的，NCK发送给PLC的，以及PLC与数控系统的输入输出装置（MMC、MCP）之间的信息交换。

802S/C系统中，PLC通过其一组变量与系统其他部分之间实现信息交换。这组变量被称为PLC 的接口信号存储区，其中的变量被称为接口变量。接口变量的存储地址是在PLC的变量存储区（V 区）内分配的。根据接口变量所传递信息的类型，802S/C系统中的接口信号区分被为不同的区，如图4所示。图中，NCK即NC核心程序，HMI即人机界面，包括了MMC（人机控制）、MPC（机床操作面板）、脉冲信号发生器等。靠近PLC一侧箭头上的W、R表示PLC可对接口信号区中的存储单