淺談數字控制系統在鋼軌鋸鉆聯合機床中的應用

摘 要：在重型鋼軌生產中有一道重要的工藝，就是對重型鋼軌進行尺寸切割，由于高精度的工藝要求，對重型鋼軌進行鋸切時對設備的精密程度要求更高，數字控制系統由于具有高精度的控制特性，滿足重型鋼軌鋸切的工藝要求，所以在鋼軌鋸切設備中廣泛應用，本文通過河鋼集團邯鋼公司大型軋鋼廠的重型鋼軌生產線中奧地利林新格公司重型鋼軌鋸鉆聯合機床來淺談數字控系統在其中的應用。

關鍵詞：西門子SINUMERIK840D數字控制系統；profibus DP網絡；數字控制程序

隨著高速鐵路大規模的發展，重型鋼軌的需求量與日俱增，在重型鋼軌生產中有一道重要的工藝，就是對重型鋼軌進行尺寸切割，由于高精度的工藝要求，對重型鋼軌進行鋸切時對設備的精密程度要求更高，數字控制系統由于具有高精度的控制特性，滿足重型鋼軌鋸切的工藝要求，所以在鋼軌鋸切設備中廣泛應用，本文通過河鋼集團邯鋼公司大型軋鋼廠的重型鋼軌生產線中奧地利林新格公司重型鋼軌鋸鉆聯合機床來淺談數字控系統在其中的應用。

接下來我們來簡要介紹一下什么是數字控制系統，并且對數字控制系統在邯鋼公司這套重型鋼軌鋸鉆聯合機床中的應用進行重點介紹。

數字控制系統（numerical control systems）：早期的數控系統是由硬件電路構成的稱為硬件數控（Hard NC），1970年代以后，硬件電路元件逐步由專用的計算機代替而稱為計算機數控系統，一般是采用專用計算機并配有接口電路，可實現多臺數控設備動作的控制。因此現在的數控一般都是CNC（計算機數控），很少再用NC這個概念了

用代表加工順序、加工方式和加工參數的數字碼作為控制指令的數字控制系統，簡數字程序控制系統稱數控（NC）系統。在數控系統中通常配備專用的電子計算機，反映加工工藝和操作步驟的加工信息用數字代碼預先記錄在穿孔帶、穿孔卡、磁帶或磁盤上。系統在工作時，讀數機構依次將代碼送入計算機并轉換成相應形式的電脈沖，用以控制工作機械按照順序完成各項加工過程。數控系統的加工精度和加工效率都較高，特別適合于工藝復雜的單件或小批量生產。它廣泛用于工具制造、機械加工、汽車制造和造船工業等[1]。

上面我們已經了解了什么是數字控制系統了，接下來我們著重介紹一下邯鋼公司重型鋼軌鋸鉆聯合機床的這套數字控制系統，重型鋼軌鋸鉆聯合機床采用了西門子SINUMERIK840D的數字控制系統，西門子SINUMERIK840D數字控制系統是由數控及驅動單元（NCU）、人機界面（MMC）、西門子可編程控制器（PLC）3部分組成，由于在集成系統時，總是將SIMODRIVE611D驅動和數控單元（NCU）并排放在一起，并用設備總線互相連接。這樣來說SIMODRIVE611D驅動和數控單元（NCU）就統一為一個整體，從而組成數字控制系統就由3部分組成，這3部分相對獨立，如何對這3部分進行通信連接呢，接下來我們介紹一下[2]。

對于SINUMERIK840D數字控制系統中的數字及驅動單元（NCU）、人機界面（MMC）、西門子可編程控制器（PLC）的通訊是怎么樣的呢，人機界面和可編控制程器是通過工業以太網進行通訊，而數字及驅動單元（NCU）和可編程控制器（PLC）以及人機界面（MMC）都是通過工業profibus DP網進行通訊，這樣就把主要的3部分建立了連接，這樣使得分散的3部分能夠統一起來，聯合協調工作。

建立了物理通訊之后就需要在軟件中建立通訊協議，西門子SIMODRIVE611D數字控制系統中可以通過建立DB數據塊來進行數據通訊，邯鋼公司大型軋鋼廠的這套鋸鉆聯合機床中的數控系統就是利用DB數據塊進行控制字通訊的，這樣通過建立了完整的物理以及軟件通訊協議，就把相對獨立的3部分有機的聯合了起來，然后就可以在人機界面（MMC）寫入數控程序，通過數控程序存取在高集成度的數據控制板（NCU）中，數控程序運在人機交換界面（MMC）中進行運行得出的執行結果，可以通訊到數字控制板（NCU）和可編程控制器（PLC）中從而進一步對直流變頻器、伺服式電機和邏輯動作PLC進行控制。

通過上文我們已經全面了解邯鋼公司重型鋼軌生產線，鋸鉆聯合機床的西門子SIMODRIVE611D數控系統的一些基本概念和通訊軟件系統，下文將要闡述數字控制系統中執行數字程序對工藝的應用。

由于重型鋼軌鋸切生產工藝精密度極高，對于百米60型重型鋼軌來說正負公差只有10mm，這么高精度的工藝要求，簡單的西門子可編程控制器（plc）數字編碼器就很難滿足高精度的工藝控制要求，就需要數字控制系統中利用數字程序根據實體光柵矯正編寫執行程序，從而進行鋼軌長度的定位鋸切。

對于西門子SIMODRIVE611D系統來說不光具備簡單的可編程控制器（plc）數字編碼器進行定位測量，而且還有實體光柵來對數字編碼器的數值進行實體矯正。具體校正步驟如下：第一，對實體光柵的實際位置用激光定位器反復測量得到一個最接近真實值的測量值，第二，編寫數控程序用來把編碼器值通過最接近真實值的測量值來進行矯正。這樣就能得到一個最接近實際值的測量值，從而進一步通過西門子SIMODRIVE611D數字控制系統來控制直流私服步進式電機對重型鋼軌進行定位鋸切，滿足工藝要求。

本文通過闡述河鋼集團邯鋼分公司大型軋鋼廠重型鋼軌鋸鉆聯合機床來淺談數控系統在其中的應用，由于本人從事相關工作時間較短，對數控系統鉆研程度有限，論文中難免出現紕漏，望廣大同仁予以包含，發現相關論文中出現的問題還望雅正。

參考文獻

[1]楊國安.數字控制系統：分析、設計與實現[M].西安交通大學出版社，2008.

[2]徐正平.西門子840D數控系統[J].機電一體化，1998，（3）：30.

（作者單位：河鋼集團邯鋼分公司大型軋鋼廠）