SINUMERIK808D 控制兩個模擬量主軸的實現(xiàn)

高 山

(威海華東數(shù)控股份有限公司，山東 威海264200)

西門子SINUMERIK808D 數(shù)控系統(tǒng)最多配置1 個模擬量主軸，如果在應(yīng)用時需要配置兩個模擬量主軸時，808D 系統(tǒng)無法滿足要求，第二模擬量主軸的轉(zhuǎn)速只能通過電位器或按鍵來控制，不僅控制精度低，而且手動控制也達不到數(shù)控機床自動化控制的要求。在不更換系統(tǒng)前提下，本文通過增加S7 - 200 模塊CPU224XP 和應(yīng)用系統(tǒng)功能實現(xiàn)了808D 數(shù)控系統(tǒng)控制兩個模擬量主軸。

1 整體設(shè)計方案

因808D 系統(tǒng)只有一路模擬量輸出接口，而且不能擴展I/O，所以要達到控制兩個模擬量主軸的要求必須在硬件上增加一路模擬量輸出。如圖1 所示，在808D 系統(tǒng)和驅(qū)動器之間增加 S7 - 200 模塊CPU224XP，作為信號轉(zhuǎn)換器。軟件上，在系統(tǒng)內(nèi)部NC加工程序中，應(yīng)用自定義M 代碼控制主軸啟動、停止，使用R 參數(shù)代替S 轉(zhuǎn)速指令。系統(tǒng)內(nèi)PLC 程序?qū)C指令中的轉(zhuǎn)速數(shù)值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過DI/DO 輸出至S7 -200 模塊CPU224XP 的輸入點，在CPU224XP 內(nèi)PLC 程序?qū)?shù)字?jǐn)?shù)值轉(zhuǎn)換為模擬數(shù)值通過AI/AO 輸出給驅(qū)動器，達到控制主軸轉(zhuǎn)速的目的。

2 主要硬件配置介紹

(1)數(shù)控系統(tǒng)808D是基于操作面板的緊湊型數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK 808D 車削和SINUMERIK 808D銑削，配置SINAMICS V60 驅(qū)動系統(tǒng)和SIMOTICS 1FL5伺服電動機，應(yīng)用于普及型數(shù)控車床、數(shù)控銑床及立式加工中心。

(2)S7-200 模塊CPU224XP 只是在本文中選取的1 個模塊，也可以采用其他模塊代替。但模塊的選擇遵循兩個要點，第一是必須具備模擬量輸出點，能輸出-10 ～+10 V 電壓。第二就是數(shù)字量輸入的點數(shù)要跟指令轉(zhuǎn)速對應(yīng)起來。在進行NC 加工編程時，主軸轉(zhuǎn)速一般設(shè)為整數(shù)，這個數(shù)值可以用二進制表示，例如指令R2=200 時，二進制表示為:11001000，在數(shù)值轉(zhuǎn)換時，8個輸入點最高設(shè)置轉(zhuǎn)速數(shù)值為28=256，有8 個輸入點就能滿足要求，如果主軸轉(zhuǎn)速最高1 000 r/min 時就需要210=1024，即10 個輸入點來處理，以此類推，選取與最高轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的模塊。

(3)驅(qū)動器用于驅(qū)動電動機的功率模塊，多為帶模擬量控制接口的變頻器或伺服驅(qū)動器。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計包含NC 程序部分和PLC 編寫部分。

3.1 NC 程序設(shè)計部分

第二模擬量主軸的正反轉(zhuǎn)和停止指令應(yīng)用系統(tǒng)的自定義M 代碼功能來實現(xiàn)，用M23 指令控制主軸正轉(zhuǎn)，M24 指令控制主軸反轉(zhuǎn)，M25 指令控制主軸停止。選取R 參數(shù)R2 來定義和存儲主軸轉(zhuǎn)速指令，NC 程序示例如下:

R2 =200 //設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速為200 r/min

M23 //主軸正轉(zhuǎn)

G91G01X100F500 //X 軸直線運行100 mm

M25 //主軸停止

R2 =100 //設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速為100 r/min

M24 //主軸反轉(zhuǎn)

G4F3 //暫停3 s

M25 //主軸停止

3.2 PLC 程序設(shè)計部分

PLC 程序部分主要包括啟動停止控制和轉(zhuǎn)速指令的轉(zhuǎn)換控制。

如圖2 所示，第二主軸啟動停止指令的PLC 程序中，NC 程序指令M 代碼執(zhí)行后傳送到PLC，PLC 程序處理后通過I/O 點將指令轉(zhuǎn)換為動作輸出至驅(qū)動器。

因第二主軸轉(zhuǎn)速存儲在R 參數(shù)中，所以首先PLC要利用系統(tǒng)功能讀取R 參數(shù)中的速度數(shù)值。如圖3所示，DB1200. DBB1 設(shè)為1，讀/寫變量的數(shù)量為1。DB1200. DBB1000 設(shè)為5，選擇讀取的數(shù)據(jù)類型為R參數(shù)。DB1200. DBB1002 設(shè)為3，讀取的R 參數(shù)號+1，即讀取的是R2。

讀取的R 參數(shù)數(shù)值存儲在PLC 中的存儲空間MB40 中，然后如圖4 所示，通過PLC 的I/O 點，將MB40 中的數(shù)字量信號輸出。

輸出的數(shù)字量信號傳送給CPU224XP 模塊的數(shù)字量輸入點后，如圖5 所示，在CPU224XP 模塊中，將數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換成模擬量信號后通過模擬量輸出點AO 輸出給驅(qū)動器，這樣驅(qū)動器就能按照NC 編程指令的轉(zhuǎn)速運行。另外，使用測速儀對主軸測速，將誤差值在PLC程序中進行調(diào)整，能達到對主軸更精確的轉(zhuǎn)速控制。

4 結(jié)語

SINUMERIK 808D 系統(tǒng)本身是普及型系統(tǒng)，在盡量避免增加成本的應(yīng)用中，達到控制兩個模擬量主軸的要求，這種設(shè)計方案簡便易行、切實可靠，在我公司生產(chǎn)的經(jīng)濟型數(shù)控外圓磨上應(yīng)用，取得很好的操作性和經(jīng)濟性的效果。但這種方案也有其局限性:不能對主軸進行位置控制，不能進行定向、攻絲、車螺紋等操作，只能進行速度控制。在SINUMERIK其他系統(tǒng)中，例如828D、840D sl，如果實際應(yīng)用中也有只要求速度控制的主軸或旋轉(zhuǎn)軸，在不需要額外增加系統(tǒng)軸選項的情況下也可以采用這種簡便的控制方案。

［1］SINUMERIK 808D 功能手冊［Z］.2012.

［2］SINUMERIK 808D 電氣安裝手冊［Z］.2012.

［3］S7 -200CN 可編程控制器產(chǎn)品樣本［Z］.2012.

［4］韓戰(zhàn)濤. 西門子S7 -200 PLC 編程與工程實例詳解［M］. 北京:電子工業(yè)出版社，2013.