西門子828D數(shù)控系統(tǒng)在數(shù)控銑床改造中的應(yīng)用

梁健

（中航飛機股份有限公司西安飛機分公司50廠，陜西西安　710089）

西門子828D數(shù)控系統(tǒng)在數(shù)控銑床改造中的應(yīng)用

梁健

（中航飛機股份有限公司西安飛機分公司50廠，陜西西安710089）

VMC-1250數(shù)控銑床由美國CINCINNATI公司制造，機床原采用SIEMENS A2100數(shù)控系統(tǒng)，現(xiàn)選用西門子公司的SINUMERIK 828D數(shù)控系統(tǒng)作為機床控制系統(tǒng)。本文主要通過對三坐標立式銑床的改造實例分析SINUMERIK 828D數(shù)控系統(tǒng)在數(shù)控改造中的應(yīng)用。主要針對其硬件系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性進行了較為深入的研究，介紹了系統(tǒng)調(diào)試的方法與過程。

828D數(shù)控系統(tǒng)電路設(shè)計PLC設(shè)計系統(tǒng)調(diào)試

1　改造概述

VMC-1250數(shù)控銑床由美國CINCINNATI公司制造，機床原采用SIEMENS A2100數(shù)控系統(tǒng)，現(xiàn)選用西門子公司的SINUMERIK 828D數(shù)控系統(tǒng)作為機床控制系統(tǒng)。

具有80位浮點數(shù)納米計算精度（NANOFP），組織有序的刀具管理功能，Easy Archive--備份管理功能，可配置最大軸數(shù)：車床版8軸/銑床版6軸，Operate操作系統(tǒng)等優(yōu)點。

2　SIEMENS 828D數(shù)控系統(tǒng)調(diào)試概述

機床是否能夠安全可靠的操作運行，主要是由數(shù)控系統(tǒng)的PLC，NC控制的。 當系統(tǒng)及電氣連接正確無誤后才可以上電進行系統(tǒng)調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試分為（1）PLC程序調(diào)試；（2）驅(qū)動器調(diào)試；（3）NC調(diào)試。在使用PLC子程序之前，需要進行系統(tǒng)初始化。系統(tǒng)初始化就是利用計算機與機床通訊將標準車床或銑床的初始化文件傳入828D系統(tǒng)，初始化不僅對系統(tǒng)的坐標進行配置，還對車床和銑床的工藝參數(shù)進行了配置，而且安裝了車床或銑床的加工工藝循環(huán)。標準機床指的是符合系統(tǒng)初始化后所規(guī)定的機床坐標配置的機床，有車床和銑床之分。系統(tǒng)初始化后，所有的機床參數(shù)均有缺省值。

3　PLC程序調(diào)試

在系統(tǒng)的各個部件正確連接后，首先應(yīng)當設(shè)計并調(diào)試PLC控制程序。828D是基于SIMATICS7-200的PLC構(gòu)架，使用“Programm ingToolPLC828”軟件進行PLC程序的編輯、診斷。

為了讓PLC程序簡單明了，方便診斷故障應(yīng)遵循以下規(guī)則：

（1）盡量避免使用局部變量；（2）OB1只能用來調(diào)用子程序；（3）網(wǎng)絡(luò)中編寫程序的寬度不要超過顯示寬度；（4）盡量避免使用復(fù)雜指令；（5）盡量使用簡單的邏輯關(guān)系；（6）一個輸出線圈的使能、置位、復(fù)位在整個程序中最好只出現(xiàn)一次；（7）臨時變量只能在同一子程序中出現(xiàn)；（8）不要使用間接尋址；（9）程序中盡量避免使用M作為中間變量，使用用戶自定義數(shù)據(jù)塊。

PLC用戶報警為機床維護、操作人員提供了有效地診斷手段。828D提供了248個用戶報警（700000-700247）對應(yīng)接口信號為DB1600.DBX0.0-DB1600.DBX30.7，每個報警具有一個配置8 位參數(shù)MD14516［0］～［247］“USER_DATA_PLC_ALARM”?？梢愿鶕?jù)實際情況設(shè)定每個報警的清除條件和報警響應(yīng)。如果參數(shù)第6～7位都為“0”，表示報警為“自清除”報警；如果0～5位都為“0”，表示報警為“只顯示”報警；828D可以在HMI上創(chuàng)建報警文本，編寫完的報警文本直接保存在系統(tǒng)CF卡/oem_alarms_plc_chs.ts文件中。

在PLC啟動過程中，MCP所有的燈不停閃爍，利用Programming Tool PLC828軟件，借助上位計算機來對系統(tǒng)PLC程序進行傳輸。調(diào)試各個PLC塊信號，使MCP和NCK能正常啟動，并無報警信息。先建立系統(tǒng)組織塊 OB1；然后根據(jù)實際系統(tǒng)配置和機床硬件要求，使用LADDER語句和STL語句，完成相應(yīng)的機床功能子程序塊的設(shè)計。并將整個PLC軟件系統(tǒng)進行配置和連接。在系統(tǒng)調(diào)試前，需要建立軸控制使能鏈。軸使能鏈至關(guān)重要，如果機床下電時序不正確軸就會處在自由停車狀態(tài)，既機床下電后軸還會運動一段距離。軸使能上電時序有關(guān)的有10個信號：

急停信號：DB2600.DBX0.1，DB2600.DBX0.2；EP使能：電源模塊上的X21.3端子信號；OFF1使能：PPU的X122.1端子信號；OFF3使能：PPU的X122.2端子上信號自定義到信號Q0.3上；軸控制使能：DB380*.DBX2.1；軸脈沖使能：DB380*.DBX4001.7；第一測量循環(huán)：DB3800.DBX1.5；通道進給保持：DB3200.DBX6.0；軸進給保持DB3*.DBX2.1，DB3*.DBX21.7。

系統(tǒng)上電的第一步是給電源模塊加EP使能，間隔100ms后加OFF1使能，OFF1使能加上后可以加OFF3使能，加OFF3的同時可以給各軸加脈沖使能和控制使能。

按下急停開關(guān)時，首先要斷掉OFF3使能，待所有軸出現(xiàn)靜止信號DB390x.DBX1.4時，才可以同時斷開OFF1，脈沖使能和控制使能，OFF1斷開后延時100ms斷開EP使能。

4　驅(qū)動器調(diào)試

當PLC 應(yīng)用程序的正確無誤后，即可進入驅(qū)動器的調(diào)試。驅(qū)動器調(diào)試步驟：

（1）驅(qū)動器固件升級；（2）驅(qū)動器配置；（3）電源配置；（4）分配軸。

除非調(diào)節(jié)型電源模塊外，SINAMICS 部件內(nèi)部均具有固化軟件，簡稱固件；為保證驅(qū)動器與數(shù)控系統(tǒng)軟件的匹配。固件升級期間，驅(qū)動器進線電源模塊和電機模塊上指示燈：READY以2Hz的頻率，綠/紅交替顯示，表示固件升級在進行中；固件升級期間嚴禁斷電！當升級結(jié)束后，HMI會出現(xiàn)重啟系統(tǒng)及驅(qū)動的提示，這時必須重啟整個控制系統(tǒng)驅(qū)動固件升級才能生效。

828D分配軸可以使用Startup-tool軟件自動設(shè)定機床數(shù)據(jù)，可視化的分配軸界面非常方便。

5　NC調(diào)試及優(yōu)化

配置完參數(shù)后為了讓機床的電氣和機械特性相匹配，得到最佳的加工效果，還需要對伺服進行優(yōu)化。828D系統(tǒng)在HMI上集成了先進的在線伺服優(yōu)化軟件，可以對速度環(huán)和位置環(huán)進行自動優(yōu)化。自動優(yōu)化是各軸獨立運行的，在所有軸都優(yōu)化以后，需要進行各軸的匹配。其中比較重要的是，如果優(yōu)化后手輪移動軸時有震動現(xiàn)象，需要設(shè)置MD32420-1激活手輪模式下的JERK功能。再將MD32430設(shè)為20-50即可消除震動。

6　結(jié)語

西門子828D數(shù)控系統(tǒng)具有的高度模塊化、開放性以及規(guī)范化的結(jié)構(gòu)，適用于各中小型機床，調(diào)試簡易方便。通過這種先進的功能性強的數(shù)控系統(tǒng)來改造老機床延長老舊設(shè)備的使用壽命節(jié)約成本增加效益才是老舊設(shè)備未來的出路。

［1］王潤孝.《機床數(shù)控原理與系統(tǒng)》.西安：西北工業(yè)大學出版社，2001.

［2］SINUMERIK 828D簡明調(diào)試指南，2009.