基于SINUMERIK 808D數控系統(tǒng)的經濟型數控車床電氣控制系統(tǒng)的設計

朱俊

摘要：經濟型數控機床在全球擁有巨大的市場，SINUMERIK 808D是西門子針對該市場而新推出的一款數控系統(tǒng)。闡述經濟型應用背景下配合808D數控系統(tǒng)，伺服控制系統(tǒng)、主軸控制系統(tǒng)、輔助功能部件與數控系統(tǒng)連接的電氣控制線路的設計，供機床電氣設計人員參考。

關鍵詞：經濟型數控機床；SINUMERIK 808D；電氣控制線路；設計

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）10-0023-03

西門子公司于2012年發(fā)布的SINUMERIK 808D數控系統(tǒng)，為經濟型車床和銑床提供了最新的數控技術。這款結構緊湊、具有友好用戶體驗的數控控制器，適用于經濟型的車削和銑削應用，并將逐步替代現有的SINUMERIK 802S/C控制器。

SINUMERIK 808D數控系統(tǒng)分為兩個版本，即銑床版和車床版。現以車床版為例，闡述配合數控系統(tǒng)的外圍電氣控制線路的設計。

1 數控系統(tǒng)的供電

SINUMERIK 808D使用直流24 V電源，通過接口X1與直流24 V電源連接。系統(tǒng)所使用的電源建議與PLC輸入輸出的24 V電源獨立。直流電源的容量和質量是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵。進行24 V直流電源容量計算時，需要注意4個方面：1） 數控系統(tǒng)瞬時啟動消耗的電流為5.0 A，正常運行消耗的電流為1.5 A。2） 驅動器SINAMICS V60消耗的24 V電流，不帶抱閘電機時為0.8 A/軸，帶抱閘電機時為1.2 A/軸。3） PLC輸入輸出點的最大負載能力為0.25 A/輸入點。4） 機床上使用的其他電氣設備（如電磁閥、風扇、指示燈等），根據銘牌標識計算。另外，還需考慮工廠內部的設計規(guī)范，以及考慮相關冗余量。

2 伺服控制系統(tǒng)電氣控制線路設計

數控機床進給伺服控制系統(tǒng)完成對進給軸速度和位移的控制，直接決定所加工零件的精度和質量。對于經濟型數控車床，進給軸一般為半閉環(huán)控制，推薦使用SINAMICS V60伺服驅動器與808D數控系統(tǒng)配套使用（也可以使用其他驅動器）。

SINUMERIK 808D數控系統(tǒng)通過脈沖驅動接口X51和X53輸入輸出進給軸控制信號，本文以X軸接口X51為例，簡述與伺服驅動器的連接。圖1為808D與V60連接示意圖。

V60的X5接口接收來自于808D的軸控制信號，包括脈沖（PULS）、方向（DIR）和使能（ENA）信號。V60的X6接口，其中RST引腳接收來自于數控系統(tǒng)的報警清除信號，ALM引腳輸出驅動報警信號至數控系統(tǒng)，RDY引腳輸出“驅動就緒”信號至數控系統(tǒng)，Z-M引腳輸出零脈沖信號至數控系統(tǒng)，數控系統(tǒng)需要利用此信號完成回零操作。另外，+24 V引腳接收來自于數控系統(tǒng)的直流電源，M24引腳同理。需要注意的是：由于V60的+24 V電源來自于數控系統(tǒng)的脈沖驅動接口，此接口由數控系統(tǒng)的數字量輸出接口X200供電，所以即使X200的數字輸出量用戶不使用，但X200接口的+24 V和M信號也必須連接。

需要強調的是：808D數控系統(tǒng)與之前的802C連接不同，808D根本沒有位置反饋輸入的接口，所以電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)這三環(huán)的PID調節(jié)全部交由伺服驅動完成，數控系統(tǒng)只是負責發(fā)出指令而已。

3 主軸控制系統(tǒng)電氣控制線路設計

數控車床的主軸帶動工件高速旋轉，通過與刀具的相對運動完成零件的切削。對于經濟型數控車床而言，主軸只需要能夠實現無級調速即可，這可以通過普通變頻器實現。根據轉向的不同控制方式，可以分為單極性主軸和雙極性主軸兩類。

3.1 單極性主軸

單極性主軸連接示意圖如圖2所示。X54為808D主軸控制信號輸出接口，AO和AGND引腳輸出0～10 V模擬量電壓信號控制主軸的轉速，使能信號一般不用。轉向由快速輸入輸出接口X21的CW和CCW信號輸出。快速輸入輸出是由NC直接控制的數字量輸入輸出接口，用于需要NC快速響應的場合。作為車床，車削螺紋是必須的功能，所以數控系統(tǒng)的X60接口接收來自主軸編碼器的信號。

3.2 雙極性主軸

雙極性主軸連接示意圖如圖3所示。與單極性主軸不同，雙極性主軸轉向、轉速控制信號都由X54輸出，所以AO和AGND引腳輸出±10 V的模擬量電壓指令，指令電壓的正負即代表了旋轉的方向，此時主軸使能信號應該連接上。

應該強調的是：無論是單極性主軸還是雙極性主軸，808D的X60接口都連接了主軸編碼器，但此處的編碼器與進給軸的編碼器有著本質的區(qū)別。對于經濟型數控車床而言，主軸的編碼器并不是為了構成主軸轉速的半閉環(huán)控制，而是車削螺紋的需要。事實上，數控車床的主軸轉速就是一個開環(huán)控制，鑒于主軸轉速對被加工的零件質量的影響程度，沒有必要完成轉速的閉環(huán)調節(jié)。

4 其他輔助功能的電氣控制線路設計

關于冷卻、刀架等相關輔助功能，都是標準連接，此處不再贅述。需要注意的是：西門子數控系統(tǒng)在出廠時都配置有相應的樣例PLC程序，相應的PLC輸入輸出點已經定義完成，設計控制線路時需要據此連接，才能保證軟硬件的配合。

5 結語

SINUMERIK 808D在電氣連接方面相對于上一代的802C/S簡化了很多，關于進給軸的所有輸入輸出控制信號全部集中在X51—X53接口，原來的反饋接口也已經取消，位置環(huán)的計算由伺服驅動完成，這進一步簡化了電氣控制系統(tǒng)的設計，為今后的維護維修也帶來了方便。

摘要：經濟型數控機床在全球擁有巨大的市場，SINUMERIK 808D是西門子針對該市場而新推出的一款數控系統(tǒng)。闡述經濟型應用背景下配合808D數控系統(tǒng)，伺服控制系統(tǒng)、主軸控制系統(tǒng)、輔助功能部件與數控系統(tǒng)連接的電氣控制線路的設計，供機床電氣設計人員參考。

關鍵詞：經濟型數控機床；SINUMERIK 808D；電氣控制線路；設計

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）10-0023-03

西門子公司于2012年發(fā)布的SINUMERIK 808D數控系統(tǒng)，為經濟型車床和銑床提供了最新的數控技術。這款結構緊湊、具有友好用戶體驗的數控控制器，適用于經濟型的車削和銑削應用，并將逐步替代現有的SINUMERIK 802S/C控制器。

SINUMERIK 808D數控系統(tǒng)分為兩個版本，即銑床版和車床版。現以車床版為例，闡述配合數控系統(tǒng)的外圍電氣控制線路的設計。

1 數控系統(tǒng)的供電

SINUMERIK 808D使用直流24 V電源，通過接口X1與直流24 V電源連接。系統(tǒng)所使用的電源建議與PLC輸入輸出的24 V電源獨立。直流電源的容量和質量是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵。進行24 V直流電源容量計算時，需要注意4個方面：1） 數控系統(tǒng)瞬時啟動消耗的電流為5.0 A，正常運行消耗的電流為1.5 A。2） 驅動器SINAMICS V60消耗的24 V電流，不帶抱閘電機時為0.8 A/軸，帶抱閘電機時為1.2 A/軸。3） PLC輸入輸出點的最大負載能力為0.25 A/輸入點。4） 機床上使用的其他電氣設備（如電磁閥、風扇、指示燈等），根據銘牌標識計算。另外，還需考慮工廠內部的設計規(guī)范，以及考慮相關冗余量。

2 伺服控制系統(tǒng)電氣控制線路設計

數控機床進給伺服控制系統(tǒng)完成對進給軸速度和位移的控制，直接決定所加工零件的精度和質量。對于經濟型數控車床，進給軸一般為半閉環(huán)控制，推薦使用SINAMICS V60伺服驅動器與808D數控系統(tǒng)配套使用（也可以使用其他驅動器）。

SINUMERIK 808D數控系統(tǒng)通過脈沖驅動接口X51和X53輸入輸出進給軸控制信號，本文以X軸接口X51為例，簡述與伺服驅動器的連接。圖1為808D與V60連接示意圖。

V60的X5接口接收來自于808D的軸控制信號，包括脈沖（PULS）、方向（DIR）和使能（ENA）信號。V60的X6接口，其中RST引腳接收來自于數控系統(tǒng)的報警清除信號，ALM引腳輸出驅動報警信號至數控系統(tǒng)，RDY引腳輸出“驅動就緒”信號至數控系統(tǒng)，Z-M引腳輸出零脈沖信號至數控系統(tǒng)，數控系統(tǒng)需要利用此信號完成回零操作。另外，+24 V引腳接收來自于數控系統(tǒng)的直流電源，M24引腳同理。需要注意的是：由于V60的+24 V電源來自于數控系統(tǒng)的脈沖驅動接口，此接口由數控系統(tǒng)的數字量輸出接口X200供電，所以即使X200的數字輸出量用戶不使用，但X200接口的+24 V和M信號也必須連接。

需要強調的是：808D數控系統(tǒng)與之前的802C連接不同，808D根本沒有位置反饋輸入的接口，所以電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)這三環(huán)的PID調節(jié)全部交由伺服驅動完成，數控系統(tǒng)只是負責發(fā)出指令而已。

3 主軸控制系統(tǒng)電氣控制線路設計

數控車床的主軸帶動工件高速旋轉，通過與刀具的相對運動完成零件的切削。對于經濟型數控車床而言，主軸只需要能夠實現無級調速即可，這可以通過普通變頻器實現。根據轉向的不同控制方式，可以分為單極性主軸和雙極性主軸兩類。

3.1 單極性主軸

單極性主軸連接示意圖如圖2所示。X54為808D主軸控制信號輸出接口，AO和AGND引腳輸出0～10 V模擬量電壓信號控制主軸的轉速，使能信號一般不用。轉向由快速輸入輸出接口X21的CW和CCW信號輸出。快速輸入輸出是由NC直接控制的數字量輸入輸出接口，用于需要NC快速響應的場合。作為車床，車削螺紋是必須的功能，所以數控系統(tǒng)的X60接口接收來自主軸編碼器的信號。

3.2 雙極性主軸

雙極性主軸連接示意圖如圖3所示。與單極性主軸不同，雙極性主軸轉向、轉速控制信號都由X54輸出，所以AO和AGND引腳輸出±10 V的模擬量電壓指令，指令電壓的正負即代表了旋轉的方向，此時主軸使能信號應該連接上。

應該強調的是：無論是單極性主軸還是雙極性主軸，808D的X60接口都連接了主軸編碼器，但此處的編碼器與進給軸的編碼器有著本質的區(qū)別。對于經濟型數控車床而言，主軸的編碼器并不是為了構成主軸轉速的半閉環(huán)控制，而是車削螺紋的需要。事實上，數控車床的主軸轉速就是一個開環(huán)控制，鑒于主軸轉速對被加工的零件質量的影響程度，沒有必要完成轉速的閉環(huán)調節(jié)。

4 其他輔助功能的電氣控制線路設計

關于冷卻、刀架等相關輔助功能，都是標準連接，此處不再贅述。需要注意的是：西門子數控系統(tǒng)在出廠時都配置有相應的樣例PLC程序，相應的PLC輸入輸出點已經定義完成，設計控制線路時需要據此連接，才能保證軟硬件的配合。

5 結語

SINUMERIK 808D在電氣連接方面相對于上一代的802C/S簡化了很多，關于進給軸的所有輸入輸出控制信號全部集中在X51—X53接口，原來的反饋接口也已經取消，位置環(huán)的計算由伺服驅動完成，這進一步簡化了電氣控制系統(tǒng)的設計，為今后的維護維修也帶來了方便。

摘要：經濟型數控機床在全球擁有巨大的市場，SINUMERIK 808D是西門子針對該市場而新推出的一款數控系統(tǒng)。闡述經濟型應用背景下配合808D數控系統(tǒng)，伺服控制系統(tǒng)、主軸控制系統(tǒng)、輔助功能部件與數控系統(tǒng)連接的電氣控制線路的設計，供機床電氣設計人員參考。

關鍵詞：經濟型數控機床；SINUMERIK 808D；電氣控制線路；設計

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）10-0023-03

西門子公司于2012年發(fā)布的SINUMERIK 808D數控系統(tǒng)，為經濟型車床和銑床提供了最新的數控技術。這款結構緊湊、具有友好用戶體驗的數控控制器，適用于經濟型的車削和銑削應用，并將逐步替代現有的SINUMERIK 802S/C控制器。

SINUMERIK 808D數控系統(tǒng)分為兩個版本，即銑床版和車床版。現以車床版為例，闡述配合數控系統(tǒng)的外圍電氣控制線路的設計。

1 數控系統(tǒng)的供電

SINUMERIK 808D使用直流24 V電源，通過接口X1與直流24 V電源連接。系統(tǒng)所使用的電源建議與PLC輸入輸出的24 V電源獨立。直流電源的容量和質量是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵。進行24 V直流電源容量計算時，需要注意4個方面：1） 數控系統(tǒng)瞬時啟動消耗的電流為5.0 A，正常運行消耗的電流為1.5 A。2） 驅動器SINAMICS V60消耗的24 V電流，不帶抱閘電機時為0.8 A/軸，帶抱閘電機時為1.2 A/軸。3） PLC輸入輸出點的最大負載能力為0.25 A/輸入點。4） 機床上使用的其他電氣設備（如電磁閥、風扇、指示燈等），根據銘牌標識計算。另外，還需考慮工廠內部的設計規(guī)范，以及考慮相關冗余量。

2 伺服控制系統(tǒng)電氣控制線路設計

數控機床進給伺服控制系統(tǒng)完成對進給軸速度和位移的控制，直接決定所加工零件的精度和質量。對于經濟型數控車床，進給軸一般為半閉環(huán)控制，推薦使用SINAMICS V60伺服驅動器與808D數控系統(tǒng)配套使用（也可以使用其他驅動器）。

SINUMERIK 808D數控系統(tǒng)通過脈沖驅動接口X51和X53輸入輸出進給軸控制信號，本文以X軸接口X51為例，簡述與伺服驅動器的連接。圖1為808D與V60連接示意圖。

V60的X5接口接收來自于808D的軸控制信號，包括脈沖（PULS）、方向（DIR）和使能（ENA）信號。V60的X6接口，其中RST引腳接收來自于數控系統(tǒng)的報警清除信號，ALM引腳輸出驅動報警信號至數控系統(tǒng)，RDY引腳輸出“驅動就緒”信號至數控系統(tǒng)，Z-M引腳輸出零脈沖信號至數控系統(tǒng)，數控系統(tǒng)需要利用此信號完成回零操作。另外，+24 V引腳接收來自于數控系統(tǒng)的直流電源，M24引腳同理。需要注意的是：由于V60的+24 V電源來自于數控系統(tǒng)的脈沖驅動接口，此接口由數控系統(tǒng)的數字量輸出接口X200供電，所以即使X200的數字輸出量用戶不使用，但X200接口的+24 V和M信號也必須連接。

需要強調的是：808D數控系統(tǒng)與之前的802C連接不同，808D根本沒有位置反饋輸入的接口，所以電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)這三環(huán)的PID調節(jié)全部交由伺服驅動完成，數控系統(tǒng)只是負責發(fā)出指令而已。

3 主軸控制系統(tǒng)電氣控制線路設計

數控車床的主軸帶動工件高速旋轉，通過與刀具的相對運動完成零件的切削。對于經濟型數控車床而言，主軸只需要能夠實現無級調速即可，這可以通過普通變頻器實現。根據轉向的不同控制方式，可以分為單極性主軸和雙極性主軸兩類。

3.1 單極性主軸

單極性主軸連接示意圖如圖2所示。X54為808D主軸控制信號輸出接口，AO和AGND引腳輸出0～10 V模擬量電壓信號控制主軸的轉速，使能信號一般不用。轉向由快速輸入輸出接口X21的CW和CCW信號輸出。快速輸入輸出是由NC直接控制的數字量輸入輸出接口，用于需要NC快速響應的場合。作為車床，車削螺紋是必須的功能，所以數控系統(tǒng)的X60接口接收來自主軸編碼器的信號。

3.2 雙極性主軸

雙極性主軸連接示意圖如圖3所示。與單極性主軸不同，雙極性主軸轉向、轉速控制信號都由X54輸出，所以AO和AGND引腳輸出±10 V的模擬量電壓指令，指令電壓的正負即代表了旋轉的方向，此時主軸使能信號應該連接上。

應該強調的是：無論是單極性主軸還是雙極性主軸，808D的X60接口都連接了主軸編碼器，但此處的編碼器與進給軸的編碼器有著本質的區(qū)別。對于經濟型數控車床而言，主軸的編碼器并不是為了構成主軸轉速的半閉環(huán)控制，而是車削螺紋的需要。事實上，數控車床的主軸轉速就是一個開環(huán)控制，鑒于主軸轉速對被加工的零件質量的影響程度，沒有必要完成轉速的閉環(huán)調節(jié)。

4 其他輔助功能的電氣控制線路設計

關于冷卻、刀架等相關輔助功能，都是標準連接，此處不再贅述。需要注意的是：西門子數控系統(tǒng)在出廠時都配置有相應的樣例PLC程序，相應的PLC輸入輸出點已經定義完成，設計控制線路時需要據此連接，才能保證軟硬件的配合。

5 結語

SINUMERIK 808D在電氣連接方面相對于上一代的802C/S簡化了很多，關于進給軸的所有輸入輸出控制信號全部集中在X51—X53接口，原來的反饋接口也已經取消，位置環(huán)的計算由伺服驅動完成，這進一步簡化了電氣控制系統(tǒng)的設計，為今后的維護維修也帶來了方便。