數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)計(jì)數(shù)字化研究

劉洪強(qiáng)

(沈陽機(jī)床(集團(tuán))有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110142)

對于數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)計(jì)而言，主要工作就是繪制電路圖、布局電氣柜、編制和調(diào)試PLC 程序(如圖1)。筆者根據(jù)德國培訓(xùn)內(nèi)容，利用EPLAN Electric P8 2.0和S7-PLCSIM 這兩款軟件，結(jié)合HTC2535z 產(chǎn)品(國家專項(xiàng)“全功能數(shù)控雙伺服動(dòng)力刀架”子項(xiàng)目)，針對電氣設(shè)計(jì)所涉及的這3 大塊內(nèi)容進(jìn)行深入研究，最終實(shí)現(xiàn)Eplan 繪圖規(guī)范化、國際化;電氣柜內(nèi)布局3D 化、簡單化;PLC 程序仿真方便化、效率化。本研究可以大幅度提升電氣設(shè)計(jì)的工作效率，且最大限度防止錯(cuò)誤發(fā)生并減少損失，為實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)計(jì)的數(shù)字化指引方向。

1 電路圖國際化、表格化研究

當(dāng)前國內(nèi)主要機(jī)床制造商繪制電路圖普遍采用非專業(yè)的機(jī)械類制圖軟件AutoCAD，工作量大，容易出錯(cuò)，且缺乏統(tǒng)一規(guī)范。少數(shù)機(jī)床制造商應(yīng)用EPLAN 軟件，但該軟件的高級功能未得到應(yīng)用，無法真正的實(shí)現(xiàn)電氣繪圖的表格化、國際化。

HTC2535z 項(xiàng)目將電路圖中的封面、導(dǎo)線定義的解釋、設(shè)備標(biāo)識的解釋、參考標(biāo)識的解釋、目錄、電纜總覽、電纜圖表、設(shè)備名稱列表、設(shè)備連接圖、端子連接圖均制成表格，完成電氣原理圖的繪制后一鍵式自動(dòng)生成所有表格，將原來在CAD 里做的工作，變?yōu)橛蒃PLAN自動(dòng)生成，使其更加準(zhǔn)確、快捷;同時(shí)利用增補(bǔ)說明將圖框做成統(tǒng)一規(guī)范;利用自動(dòng)糾錯(cuò)的高級功能將原理圖中的錯(cuò)誤糾正，并將該項(xiàng)目做成基本項(xiàng)目模板，其他機(jī)床電氣原理圖均利用項(xiàng)目模板一鍵式功能生成上述所有表格。

1.1 基礎(chǔ)表格的繪制

電路圖中封面、導(dǎo)線定義的解釋、設(shè)備標(biāo)識的解釋、參考標(biāo)識的解釋和目錄屬于基本表格，指導(dǎo)工人看懂原理圖。

參考標(biāo)識多數(shù)用直接輸入文本的形式，此項(xiàng)目將其做成動(dòng)態(tài)表格的形式可直接與其他基礎(chǔ)表格一鍵式生成(如圖2 所示)。

其他基礎(chǔ)表格制作原則是簡約、節(jié)約，如圖3 目錄所示。

1.2 工藝表格的繪制

電纜總覽、電纜圖表、設(shè)備名稱列表、設(shè)備連接圖、端子連接圖為工藝表格。

電纜總覽包含電纜長度、電纜規(guī)格、走線路徑、電纜兩端連接端子等信息(如圖4 所示)。可方便電工連線及供應(yīng)商報(bào)價(jià)。

電纜圖表包含電纜長度、芯數(shù)、兩端線號標(biāo)記、所壓端子類型、剝線長度等信息。可直接用于指導(dǎo)工人制作電纜(如圖5 所示)。

設(shè)備名稱列表包含機(jī)床所有電氣設(shè)備名稱列表，用于制作機(jī)床電氣標(biāo)識(如圖6 所示)。

設(shè)備連接圖和端子連接圖用一個(gè)圖表，包含柜內(nèi)每個(gè)元件的每個(gè)端子連接目標(biāo)等信息，該表格可用于自動(dòng)生成設(shè)備間連線，工人可根據(jù)此表對柜內(nèi)元件進(jìn)行連線(如圖7)。

1.3 統(tǒng)一圖框標(biāo)識

利用增補(bǔ)說明功能(如圖8 所示)統(tǒng)一圖框標(biāo)識，使得圖框更加規(guī)范化。

1.4 原理圖糾錯(cuò)

原理圖糾錯(cuò)對于基礎(chǔ)項(xiàng)目而言十分重要。該功能國內(nèi)電氣設(shè)計(jì)人員很少用到，但國外電氣設(shè)計(jì)人員用的較多。如圖9 所示，通過系統(tǒng)自帶的糾錯(cuò)功能找出原理圖中的錯(cuò)誤，可根據(jù)號碼列中的錯(cuò)誤代號在幫助中找到糾錯(cuò)的辦法，形成規(guī)范的原理圖。將完善好的電路圖HTC2535z 作為基本項(xiàng)目，以為其他項(xiàng)目應(yīng)用。

2 電氣柜內(nèi)設(shè)計(jì)三維化、自動(dòng)化研究

EPLAN Electric P8 2.0 是把Eplan Cabinet 這個(gè)專門布局電氣柜的3 維設(shè)計(jì)軟件集成到EPLAN 里的一個(gè)創(chuàng)新版本，使得3D 布局電氣柜更加直接、高效。

在該軟件的布局空間→導(dǎo)航器→里可以直接從原理圖中拖出原件到安裝板上。如圖10 所示為HTC2535z 的三維布局圖。三維布局圖完成后可直接生成如圖11 所示的二維布局圖，指導(dǎo)電氣工藝人員安裝電氣元件。

另外Pro panel 軟件也集成到EPLAN 中，能夠?qū)θS布局的電氣柜進(jìn)行自動(dòng)布線，且能夠自動(dòng)導(dǎo)出線號等功能，直接輸入打號機(jī)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)打號與電盤鉆孔，達(dá)到設(shè)計(jì)與生產(chǎn)無縫鏈接的效果，使得電氣設(shè)計(jì)更加智能化。通過以上內(nèi)容最終實(shí)現(xiàn)電氣的數(shù)字化設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。

3 PLC 程序的仿真化、簡約化研究

S7 -PLCSIM 是嵌于Step 7 中的一款專門進(jìn)行PLC 仿真的軟件。仿真軟件提供了一個(gè)簡潔的界面來監(jiān)控PLC 中的變量，而不需要真正的PLC 硬件就可以完成程序的調(diào)試工作，避免由于PLC 程序邏輯錯(cuò)誤造成的損失。通過PLC 程序仿真可以實(shí)現(xiàn)電氣調(diào)試與機(jī)床安裝同步或者提前進(jìn)行，提高機(jī)床調(diào)試效率，為PLC 程序的仿真提供基礎(chǔ)。

以伺服軸潤滑為例，在實(shí)際機(jī)床上要求伺服軸每次潤滑時(shí)間為30 s，每兩次潤滑之間的間隔時(shí)間為8 min。對這段程序進(jìn)行仿真，為了節(jié)約時(shí)間，將潤滑時(shí)間改為3 s，間隔時(shí)間改為8 s，對其進(jìn)行仿真。I7.7為手動(dòng)潤滑按鈕，Q34.5 為潤滑泵，如圖12、13 所示。

由此，通過S7 -PLCSIM 實(shí)現(xiàn)PLC 程序的仿真。另外還可將符號表導(dǎo)入到監(jiān)控界面中，使得監(jiān)控更加方便。

4 結(jié)語

本文通過HTC2535z 項(xiàng)目的電氣設(shè)計(jì)，指出了數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)計(jì)的3 個(gè)主要工作如何實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、國際化、規(guī)范化、仿真化的，為電氣設(shè)計(jì)的同仁提供參考。

［1］SIEMENS.S7 -300 PLC 編程手冊［Z］.2008.