基于SINUMERIK 808D数控系统的经济型数控车床电气控制系统的设计

朱俊

摘要：经济型数控机床在全球拥有巨大的市场，SINUMERIK 808D是西门子针对该市场而新推出的一款数控系统。阐述经济型应用背景下配合808D数控系统，伺服控制系统、主轴控制系统、辅助功能部件与数控系统连接的电气控制线路的设计，供机床电气设计人员参考。

关键词：经济型数控机床；SINUMERIK 808D；电气控制线路；设计

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）10-0023-03

西门子公司于2012年发布的SINUMERIK 808D数控系统，为经济型车床和铣床提供了最新的数控技术。这款结构紧凑、具有友好用户体验的数控控制器，适用于经济型的车削和铣削应用，并将逐步替代现有的SINUMERIK 802S/C控制器。

SINUMERIK 808D数控系统分为两个版本，即铣床版和车床版。现以车床版为例，阐述配合数控系统的外围电气控制线路的设计。

1 数控系统的供电

SINUMERIK 808D使用直流24 V电源，通过接口X1与直流24 V电源连接。系统所使用的电源建议与PLC输入输出的24 V电源独立。直流电源的容量和质量是系统稳定运行的关键。进行24 V直流电源容量计算时，需要注意4个方面：1） 数控系统瞬时启动消耗的电流为5.0 A，正常运行消耗的电流为1.5 A。2） 驱动器SINAMICS V60消耗的24 V电流，不带抱闸电机时为0.8 A/轴，带抱闸电机时为1.2 A/轴。3） PLC输入输出点的最大负载能力为0.25 A/输入点。4） 机床上使用的其他电气设备（如电磁阀、风扇、指示灯等），根据铭牌标识计算。另外，还需考虑工厂内部的设计规范，以及考虑相关冗余量。

2 伺服控制系统电气控制线路设计

数控机床进给伺服控制系统完成对进给轴速度和位移的控制，直接决定所加工零件的精度和质量。对于经济型数控车床，进给轴一般为半闭环控制，推荐使用SINAMICS V60伺服驱动器与808D数控系统配套使用（也可以使用其他驱动器）。

SINUMERIK 808D数控系统通过脉冲驱动接口X51和X53输入输出进给轴控制信号，本文以X轴接口X51为例，简述与伺服驱动器的连接。图1为808D与V60连接示意图。

V60的X5接口接收来自于808D的轴控制信号，包括脉冲（PULS）、方向（DIR）和使能（ENA）信号。V60的X6接口，其中RST引脚接收来自于数控系统的报警清除信号，ALM引脚输出驱动报警信号至数控系统，RDY引脚输出“驱动就绪”信号至数控系统，Z-M引脚输出零脉冲信号至数控系统，数控系统需要利用此信号完成回零操作。另外，+24 V引脚接收来自于数控系统的直流电源，M24引脚同理。需要注意的是：由于V60的+24 V电源来自于数控系统的脉冲驱动接口，此接口由数控系统的数字量输出接口X200供电，所以即使X200的数字输出量用户不使用，但X200接口的+24 V和M信号也必须连接。

需要强调的是：808D数控系统与之前的802C连接不同，808D根本没有位置反馈输入的接口，所以电流环、速度环、位置环这三环的PID调节全部交由伺服驱动完成，数控系统只是负责发出指令而已。

3 主轴控制系统电气控制线路设计

数控车床的主轴带动工件高速旋转，通过与刀具的相对运动完成零件的切削。对于经济型数控车床而言，主轴只需要能够实现无级调速即可，这可以通过普通变频器实现。根据转向的不同控制方式，可以分为单极性主轴和双极性主轴两类。

3.1 单极性主轴

单极性主轴连接示意图如图2所示。X54为808D主轴控制信号输出接口，AO和AGND引脚输出0～10 V模拟量电压信号控制主轴的转速，使能信号一般不用。转向由快速输入输出接口X21的CW和CCW信号输出。快速输入输出是由NC直接控制的数字量输入输出接口，用于需要NC快速响应的场合。作为车床，车削螺纹是必须的功能，所以数控系统的X60接口接收来自主轴编码器的信号。

3.2 双极性主轴

双极性主轴连接示意图如图3所示。与单极性主轴不同，双极性主轴转向、转速控制信号都由X54输出，所以AO和AGND引脚输出±10 V的模拟量电压指令，指令电压的正负即代表了旋转的方向，此时主轴使能信号应该连接上。

应该强调的是：无论是单极性主轴还是双极性主轴，808D的X60接口都连接了主轴编码器，但此处的编码器与进给轴的编码器有着本质的区别。对于经济型数控车床而言，主轴的编码器并不是为了构成主轴转速的半闭环控制，而是车削螺纹的需要。事实上，数控车床的主轴转速就是一个开环控制，鉴于主轴转速对被加工的零件质量的影响程度，没有必要完成转速的闭环调节。

4 其他辅助功能的电气控制线路设计

关于冷却、刀架等相关辅助功能，都是标准连接，此处不再赘述。需要注意的是：西门子数控系统在出厂时都配置有相应的样例PLC程序，相应的PLC输入输出点已经定义完成，设计控制线路时需要据此连接，才能保证软硬件的配合。

5 结语

SINUMERIK 808D在电气连接方面相对于上一代的802C/S简化了很多，关于进给轴的所有输入输出控制信号全部集中在X51—X53接口，原来的反馈接口也已经取消，位置环的计算由伺服驱动完成，这进一步简化了电气控制系统的设计，为今后的维护维修也带来了方便。

摘要：经济型数控机床在全球拥有巨大的市场，SINUMERIK 808D是西门子针对该市场而新推出的一款数控系统。阐述经济型应用背景下配合808D数控系统，伺服控制系统、主轴控制系统、辅助功能部件与数控系统连接的电气控制线路的设计，供机床电气设计人员参考。

关键词：经济型数控机床；SINUMERIK 808D；电气控制线路；设计

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）10-0023-03

西门子公司于2012年发布的SINUMERIK 808D数控系统，为经济型车床和铣床提供了最新的数控技术。这款结构紧凑、具有友好用户体验的数控控制器，适用于经济型的车削和铣削应用，并将逐步替代现有的SINUMERIK 802S/C控制器。

SINUMERIK 808D数控系统分为两个版本，即铣床版和车床版。现以车床版为例，阐述配合数控系统的外围电气控制线路的设计。

1 数控系统的供电

SINUMERIK 808D使用直流24 V电源，通过接口X1与直流24 V电源连接。系统所使用的电源建议与PLC输入输出的24 V电源独立。直流电源的容量和质量是系统稳定运行的关键。进行24 V直流电源容量计算时，需要注意4个方面：1） 数控系统瞬时启动消耗的电流为5.0 A，正常运行消耗的电流为1.5 A。2） 驱动器SINAMICS V60消耗的24 V电流，不带抱闸电机时为0.8 A/轴，带抱闸电机时为1.2 A/轴。3） PLC输入输出点的最大负载能力为0.25 A/输入点。4） 机床上使用的其他电气设备（如电磁阀、风扇、指示灯等），根据铭牌标识计算。另外，还需考虑工厂内部的设计规范，以及考虑相关冗余量。

2 伺服控制系统电气控制线路设计

数控机床进给伺服控制系统完成对进给轴速度和位移的控制，直接决定所加工零件的精度和质量。对于经济型数控车床，进给轴一般为半闭环控制，推荐使用SINAMICS V60伺服驱动器与808D数控系统配套使用（也可以使用其他驱动器）。

SINUMERIK 808D数控系统通过脉冲驱动接口X51和X53输入输出进给轴控制信号，本文以X轴接口X51为例，简述与伺服驱动器的连接。图1为808D与V60连接示意图。

V60的X5接口接收来自于808D的轴控制信号，包括脉冲（PULS）、方向（DIR）和使能（ENA）信号。V60的X6接口，其中RST引脚接收来自于数控系统的报警清除信号，ALM引脚输出驱动报警信号至数控系统，RDY引脚输出“驱动就绪”信号至数控系统，Z-M引脚输出零脉冲信号至数控系统，数控系统需要利用此信号完成回零操作。另外，+24 V引脚接收来自于数控系统的直流电源，M24引脚同理。需要注意的是：由于V60的+24 V电源来自于数控系统的脉冲驱动接口，此接口由数控系统的数字量输出接口X200供电，所以即使X200的数字输出量用户不使用，但X200接口的+24 V和M信号也必须连接。

需要强调的是：808D数控系统与之前的802C连接不同，808D根本没有位置反馈输入的接口，所以电流环、速度环、位置环这三环的PID调节全部交由伺服驱动完成，数控系统只是负责发出指令而已。

3 主轴控制系统电气控制线路设计

数控车床的主轴带动工件高速旋转，通过与刀具的相对运动完成零件的切削。对于经济型数控车床而言，主轴只需要能够实现无级调速即可，这可以通过普通变频器实现。根据转向的不同控制方式，可以分为单极性主轴和双极性主轴两类。

3.1 单极性主轴

单极性主轴连接示意图如图2所示。X54为808D主轴控制信号输出接口，AO和AGND引脚输出0～10 V模拟量电压信号控制主轴的转速，使能信号一般不用。转向由快速输入输出接口X21的CW和CCW信号输出。快速输入输出是由NC直接控制的数字量输入输出接口，用于需要NC快速响应的场合。作为车床，车削螺纹是必须的功能，所以数控系统的X60接口接收来自主轴编码器的信号。

3.2 双极性主轴

双极性主轴连接示意图如图3所示。与单极性主轴不同，双极性主轴转向、转速控制信号都由X54输出，所以AO和AGND引脚输出±10 V的模拟量电压指令，指令电压的正负即代表了旋转的方向，此时主轴使能信号应该连接上。

应该强调的是：无论是单极性主轴还是双极性主轴，808D的X60接口都连接了主轴编码器，但此处的编码器与进给轴的编码器有着本质的区别。对于经济型数控车床而言，主轴的编码器并不是为了构成主轴转速的半闭环控制，而是车削螺纹的需要。事实上，数控车床的主轴转速就是一个开环控制，鉴于主轴转速对被加工的零件质量的影响程度，没有必要完成转速的闭环调节。

4 其他辅助功能的电气控制线路设计

关于冷却、刀架等相关辅助功能，都是标准连接，此处不再赘述。需要注意的是：西门子数控系统在出厂时都配置有相应的样例PLC程序，相应的PLC输入输出点已经定义完成，设计控制线路时需要据此连接，才能保证软硬件的配合。

5 结语

SINUMERIK 808D在电气连接方面相对于上一代的802C/S简化了很多，关于进给轴的所有输入输出控制信号全部集中在X51—X53接口，原来的反馈接口也已经取消，位置环的计算由伺服驱动完成，这进一步简化了电气控制系统的设计，为今后的维护维修也带来了方便。

摘要：经济型数控机床在全球拥有巨大的市场，SINUMERIK 808D是西门子针对该市场而新推出的一款数控系统。阐述经济型应用背景下配合808D数控系统，伺服控制系统、主轴控制系统、辅助功能部件与数控系统连接的电气控制线路的设计，供机床电气设计人员参考。

关键词：经济型数控机床；SINUMERIK 808D；电气控制线路；设计

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）10-0023-03

西门子公司于2012年发布的SINUMERIK 808D数控系统，为经济型车床和铣床提供了最新的数控技术。这款结构紧凑、具有友好用户体验的数控控制器，适用于经济型的车削和铣削应用，并将逐步替代现有的SINUMERIK 802S/C控制器。

SINUMERIK 808D数控系统分为两个版本，即铣床版和车床版。现以车床版为例，阐述配合数控系统的外围电气控制线路的设计。

1 数控系统的供电

SINUMERIK 808D使用直流24 V电源，通过接口X1与直流24 V电源连接。系统所使用的电源建议与PLC输入输出的24 V电源独立。直流电源的容量和质量是系统稳定运行的关键。进行24 V直流电源容量计算时，需要注意4个方面：1） 数控系统瞬时启动消耗的电流为5.0 A，正常运行消耗的电流为1.5 A。2） 驱动器SINAMICS V60消耗的24 V电流，不带抱闸电机时为0.8 A/轴，带抱闸电机时为1.2 A/轴。3） PLC输入输出点的最大负载能力为0.25 A/输入点。4） 机床上使用的其他电气设备（如电磁阀、风扇、指示灯等），根据铭牌标识计算。另外，还需考虑工厂内部的设计规范，以及考虑相关冗余量。

2 伺服控制系统电气控制线路设计

数控机床进给伺服控制系统完成对进给轴速度和位移的控制，直接决定所加工零件的精度和质量。对于经济型数控车床，进给轴一般为半闭环控制，推荐使用SINAMICS V60伺服驱动器与808D数控系统配套使用（也可以使用其他驱动器）。

SINUMERIK 808D数控系统通过脉冲驱动接口X51和X53输入输出进给轴控制信号，本文以X轴接口X51为例，简述与伺服驱动器的连接。图1为808D与V60连接示意图。

V60的X5接口接收来自于808D的轴控制信号，包括脉冲（PULS）、方向（DIR）和使能（ENA）信号。V60的X6接口，其中RST引脚接收来自于数控系统的报警清除信号，ALM引脚输出驱动报警信号至数控系统，RDY引脚输出“驱动就绪”信号至数控系统，Z-M引脚输出零脉冲信号至数控系统，数控系统需要利用此信号完成回零操作。另外，+24 V引脚接收来自于数控系统的直流电源，M24引脚同理。需要注意的是：由于V60的+24 V电源来自于数控系统的脉冲驱动接口，此接口由数控系统的数字量输出接口X200供电，所以即使X200的数字输出量用户不使用，但X200接口的+24 V和M信号也必须连接。

需要强调的是：808D数控系统与之前的802C连接不同，808D根本没有位置反馈输入的接口，所以电流环、速度环、位置环这三环的PID调节全部交由伺服驱动完成，数控系统只是负责发出指令而已。

3 主轴控制系统电气控制线路设计

数控车床的主轴带动工件高速旋转，通过与刀具的相对运动完成零件的切削。对于经济型数控车床而言，主轴只需要能够实现无级调速即可，这可以通过普通变频器实现。根据转向的不同控制方式，可以分为单极性主轴和双极性主轴两类。

3.1 单极性主轴

单极性主轴连接示意图如图2所示。X54为808D主轴控制信号输出接口，AO和AGND引脚输出0～10 V模拟量电压信号控制主轴的转速，使能信号一般不用。转向由快速输入输出接口X21的CW和CCW信号输出。快速输入输出是由NC直接控制的数字量输入输出接口，用于需要NC快速响应的场合。作为车床，车削螺纹是必须的功能，所以数控系统的X60接口接收来自主轴编码器的信号。

3.2 双极性主轴

双极性主轴连接示意图如图3所示。与单极性主轴不同，双极性主轴转向、转速控制信号都由X54输出，所以AO和AGND引脚输出±10 V的模拟量电压指令，指令电压的正负即代表了旋转的方向，此时主轴使能信号应该连接上。

应该强调的是：无论是单极性主轴还是双极性主轴，808D的X60接口都连接了主轴编码器，但此处的编码器与进给轴的编码器有着本质的区别。对于经济型数控车床而言，主轴的编码器并不是为了构成主轴转速的半闭环控制，而是车削螺纹的需要。事实上，数控车床的主轴转速就是一个开环控制，鉴于主轴转速对被加工的零件质量的影响程度，没有必要完成转速的闭环调节。

4 其他辅助功能的电气控制线路设计

关于冷却、刀架等相关辅助功能，都是标准连接，此处不再赘述。需要注意的是：西门子数控系统在出厂时都配置有相应的样例PLC程序，相应的PLC输入输出点已经定义完成，设计控制线路时需要据此连接，才能保证软硬件的配合。

5 结语

SINUMERIK 808D在电气连接方面相对于上一代的802C/S简化了很多，关于进给轴的所有输入输出控制信号全部集中在X51—X53接口，原来的反馈接口也已经取消，位置环的计算由伺服驱动完成，这进一步简化了电气控制系统的设计，为今后的维护维修也带来了方便。