MJ系列数控车床的电气模块化设计方法
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技术综合
摘要：数控机床的模块化设计包括机械结构的模块化设计和电气控制系统的模块化设计两部分。文章以MJ系列
数控车床为例，根据作者的实际工作经验，从电气控制的角度介绍了数控机床电气模块化设计的基本思路，提出了以PLC程序的模块化设计为核心的数控机床的电气模块化设计方法。
1 PLC程序的模块化设计
- 模块的划分
- 综合MJ系列数控车床各机床的特点，可将PLC程序划分为8个模块，即公共信号模块、基本控制模块、刀架模块、主轴模块、卡盘和尾座模块、选择功能模块、报警模块和扩展功能模块。
- 公共信号模块 主要处理PLC与NC之间的接口信号。
- 基本控制模块 主要用来处理紧急停止、液压、润滑、冷却、方式选择、手动进给、速度修调、程序启停等信号。
- 刀架模块 用于对转塔刀架的选刀、定位等过程进行逻辑控制。MJ系列数控车床的刀架共有4种类型，即编码式电动刀架、编码式液压刀架、计数式电动刀架和计数式液压刀架。根据逻辑控制的异同性，可将刀架模块划分为编码式刀架模块与计数式刀架模块两种，每种模块中又都包括了电动刀架与液压刀架两种控制逻辑。具体应用中根据机床的实际配置选择编码式或计数式刀架模块中的一种，再通过设定PLC参数选择电动刀架或液压刀架的控制逻辑。
- 主轴模块 对主轴正反转、主轴定向、主轴变速等动作过程进行控制。模块中包括伺服主轴和变频主轴两种控制逻辑，可通过修改PLC参数进行切换。
- 卡盘尾座模块 对机床的卡盘、尾座体、尾座套筒等功能部件进行逻辑控制。
- 选择功能模块 对MJ系列数控车床的选择功能部件进行逻辑控制。其中包括了对液压中心架、对刀仪、气动门、排屑器、工件计数器和三色指示灯等部件的控制逻辑。每种控制逻辑都设置一个或多个PLC参数，可对该控制逻辑是否被激活、控制逻辑的初始状态等进行定义。
- 报警模块 对机床故障、误操作等状态进行监测并触发相应的报警文本信息，同时产生各种安全互锁信号，防止对机床或人身造成伤害。
- 扩展功能模块 主要是为满足特殊用户的需求、方便机床功能的扩展而设置的。为此在PLC程序中为该模块预留了输入，输出地址和内存空间。当用户提出标准功能和选择功能之外的特殊功能要求(如远程控制、上下料机械手、棒料输送装置等)时，可方便地利用该模块编制所需的控制逻辑。
- 模块的结构
- 每个模块都分为输入部分、主体逻辑部分和输出部分。
- 输入部分将输入信号的物理地址转化为PLC的中间逻辑地址，以保持主体逻辑部分相对于输入地址的独立性。
- 主体逻辑部分是模块的主要构成部分，完成控制过程的逻辑和算术运算，并将运算结果暂存于中间逻辑地址。
- 输出部分有两个作用:一是将主体逻辑部分的运算结果传送给输出信号的物理地址，实现机床各功能部件的动作，并保持主体逻辑部分相对于输出地址的独立性：二是向其它模块提供接口信号，以实现各种顺序或联锁控制等功能。
- PLC内部资源的分配
- PLC内部资源包括定时器、计数器、中间接点(R字节地址、R位地址、D字节地址、D位地址)等，必须根据模块的划分和每个模块的需要进行合理分配，使分配给每个模块的资源既能满足目前的需求，又保持适度的余量，以便于模块的修订与升级。MJ系列数控车床PLC内部资源的分配情况如下表。其中80个“D位地址”用作PLC控制参数，可通过人机界面进行设定与修改，以实现模块的组合与逻辑功能的选择。
PLC内部资源分配表序号模块计时器计数器R字节R位地址D字节D位地址1公共信号T1～T2C1～C4B0～B120×8bitDB010×8bit2基本控制T3～T4B2～B620×8bitDB13刀架控制T5～T12B7～B1520×8bitDB2～DB34主轴控制T13～T15B16～B2010×8bitDB4～DB75卡盘和尾座T16～T19B21～B3010×8bitDB8～DB96选择功能T20～T22B31～B3520×8bitDB10～DB117报警控制T23～T27B36～B4020×8bitDB12～DB138扩展功能T28～T30B41～B4930×8bitDB14～DB19
2 电气原理图的模块化设计
- 与数控系统的连接。根据机床所采用数控系统类型的不同，须分别对整个系列机床进行电气原理图的设计。MJ系列数控车床共设计有3套电气原理图，分别对应于FANUC 0TC数控系统、SIEMENS 810D数控系统和MITSUBISHI 50L数控系统。
- 根据机床销售方向的不同(内销或外销)，需要考虑电网电源的差别。MJ系列数控车床电气原理图中包括了3Ø380V和3Ø220V两种输入电压形式，可满足内销和出口欧美国家的需要。
- 根据机床型号、规格的不同，须考虑电气元器件型号、规格的差异。在既不降低机床品位也不会大幅提高成本的前提下，可按“最少种类原则”对电气元器件进行归类和选型。例如MJ260、MJ360和MJ460数控车床对主变压器容量的要求分别为18kVA、22kVA和26kVA，为了减少变压器的种类，可统一采用26kVA的主变压器。如果不同型号、规格的机床采用不同型号、规格的电气元器件，则在电气原理图和外购件清单中要进行正确的标注与描述。
- 根据机床标准功能、选择功能和扩展功能的配置，在电气原理图中要进行相应的设计与描述。与选择功能有关的线路一般用虚线框进行界定：对扩展功能只留出相应的接口，而不进行具体设计。
3 结束语
加工中心等其它数控机床产品上，由此产生更大的经济与社会效益。
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