西門子828D數控系統在數控銑床改造中的應用

梁健

【摘 要】VMC-1250數控銑床由美國CINCINNATI公司制造，機床原采用SIEMENS A2100數控系統，現選用西門子公司的SINUMERIK 828D數控系統作為機床控制系統。本文主要通過對三坐標立式銑床的改造實例分析SINUMERIK 828D數控系統在數控改造中的應用。主要針對其硬件系統的功能，系統的穩定性和可靠性進行了較為深入的研究，介紹了系統調試的方法與過程。

【關鍵詞】828D數控系統 電路設計 PLC設計 系統調試

1改造概述

VMC-1250數控銑床由美國CINCINNATI公司制造，機床原采用SIEMENS A2100數控系統，現選用西門子公司的SINUMERIK 828D數控系統作為機床控制系統。

具有80位浮點數納米計算精度（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：車床版8軸 / 銑床版6軸， Operate操作系統等優點。

2 SIEMENS 828D數控系統調試概述

機床是否能夠安全可靠的操作運行，主要是由數控系統的PLC，NC控制的。 當系統及電氣連接正確無誤后才可以上電進行系統調試。系統調試分為（1）PLC程序調試；（2）驅動器調試；（3）NC調試。在使用PLC子程序之前，需要進行系統初始化。系統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，初始化不僅對系統的坐標進行配置，還對車床和銑床的工藝參數進行了配置，而且安裝了車床或銑床的加工工藝循環。標準機床指的是符合系統初始化后所規定的機床坐標配置的機床，有車床和銑床之分。系統初始化后，所有的機床參數均有缺省值。

3 PLC程序調試

在系統的各個部件正確連接后，首先應當設計并調試PLC控制程序。 828D是基于SIMATIC S7-200的PLC構架，使用“Programming Tool PLC828”軟件進行PLC程序的編輯、診斷。

為了讓PLC程序簡單明了，方便診斷故障應遵循以下規則：

（1）盡量避免使用局部變量；（2）OB1只能用來調用子程序；（3）網絡中編寫程序的寬度不要超過顯示寬度；（4）盡量避免使用復雜指令；（5）盡量使用簡單的邏輯關系；（6）一個輸出線圈的使能、置位、復位在整個程序中最好只出現一次；（7）臨時變量只能在同一子程序中出現；（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，使用用戶自定義數據塊。

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MD14516[0]～ [247]“USER_DATA_PLC_ALARM”。可以根據實際情況設定每個報警的清除條件和報警響應。如果參數第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上創建報警文本，編寫完的報警文本直接保存在系統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PLC程序進行傳輸。調試各個PLC塊信號，使MCP和NCK能正常啟動，并無報警信息。先建立系統組織塊 OB1；然后根據實際系統配置和機床硬件要求，使用LADDER語句和STL語句，完成相應的機床功能子程序塊的設計。并將整個PLC軟件系統進行配置和連接。在系統調試前，需要建立軸控制使能鏈。軸使能鏈至關重要，如果機床下電時序不正確軸就會處在自由停車狀態，既機床下電后軸還會運動一段距離。軸使能上電時序有關的有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：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。

按下急停開關時，首先要斷掉OFF3使能，待所有軸出現靜止信號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 驅動器調試

當PLC 應用程序的正確無誤后，即可進入驅動器的調試。驅動器調試步驟：

（1）驅動器固件升級；（2）驅動器配置，；（3）電源配置；（4）分配軸。

除非調節型電源模塊外，SINAMICS 部件內部均具有固化軟件，簡稱固件；為保證驅動器與數控系統軟件的匹配。固件升級期間，驅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！當升級結束后，HMI會出現重啟系統及驅動的提示，這時必須重啟整個控制系統驅動固件升級才能生效。

828D分配軸可以使用Startup-tool軟件自動設定機床數據，可視化的分配軸界面非常方便。

5 NC調試及優化

配置完參數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化。828D系統在HMI上集成了先進的在線伺服優化軟件，可以對速度環和位置環進行自動優化。自動優化是各軸獨立運行的，在所有軸都優化以后，需要進行各軸的匹配。其中比較重要的是，如果優化后手輪移動軸時有震動現象，需要設置MD32420-1激活手輪模式下的JERK功能。再將MD32430設為20-50即可消除震動。

6結語

西門子828D數控系統具有的高度模塊化、開放性以及規范化的結構，適用于各中小型機床，調試簡易方便。通過這種先進的功能性強的數控系統來改造老機床延長老舊設備的使用壽命節約成本增加效益才是老舊設備未來的出路。

參考文獻：

[1] 王潤孝.《機床數控原理與系統》.西安：西北工業大學出版社，2001.

[2] SINUMERIK 828D 簡明調試指南，2009.