世纪星数控典型设计举例

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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：

l 进给驱动装置不同

—具体内容已经在2.9节介绍；

l 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；

l 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	AC380/220V 300W         /110V 250W         /24V  100W         /24V  100W	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AC380/200V 7.5KW	为HSV-11型电源模块供电	华中数控
6	开关电源	AC220/DC24V 50W	开关量及中间继电器	明玮
7	开关电源	AC220/DC24V 100W	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-G5A45P51A  5.5KW	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

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif

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

l 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

l  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

l  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。

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image003.giffile:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image005.giffile:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.gif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。

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.gif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DC24V 50W开关电源的地；

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.gif

图中100，为图5.2.2中DC24V 50W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）

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.gif

5.2.4.3主轴单元接线图

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.gif

5.2.4.4伺服驱动器接线图

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image016.gif

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。

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image018.gif

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	AC380/220V 300W         /110V 250W         /24V  100W         /24V  100W	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
4.	伺服变压器	3P AC380/200V 2.5KW	为伺服电源模块供电	华中数控
5.	开关电源	AC220/DC24V 100W	开关量及中间继电器	明玮
6.	伺服电源模块	HSV-11P075	为伺服驱动器供强电	华中数控
7.	伺服驱动器	HSV-11D030	X、Z轴电机伺服驱动器	华中数控
8.	伺服电机	110STZ4-1-LM（4NM ）	X轴进给电机	华中数控
9.	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

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image020.gif

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

l 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

l  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

l  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DC24V 100W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；

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image022.gif

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。

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image024.gif

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DC24V 50W开关电源的地；

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image026.gif

图5.3.4中,100、24V，为图5.3.2中DC24V 100W开关电源的输出；

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image028.gif

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

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image030.gif

奔月

楼上的说的很好！

张平

我就搞不明白了，看帖回帖能死人么，居然只有我这么认真的在回帖！

革命小卫兵

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