西門子將電氣化、自動化、數(shù)字化的力量融入各行各業(yè)，以前所未見的高度、速度、精度和深度，讓關(guān)鍵所在，逐一實現(xiàn)。

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該數(shù)控龍門加工中心由德國WALDRICH COBURG公司于1983年生產(chǎn)制造，機(jī)床為雙龍門且可以單獨控制操作，型號為20-10-600CNC。原機(jī)床共有X1軸、XA1軸(雙龍門同步移動)、Y軸(滑板)、Z軸(滑枕)、W1軸、WA1軸(橫梁同步移動)、S軸(主軸)、C軸(旋轉(zhuǎn)工作臺)、A軸(附件軸)9個軸，配有12個附件頭。原控制系統(tǒng)采用SIEMENS 8MC數(shù)控控制系統(tǒng)，X軸使用旋轉(zhuǎn)變壓器做位置檢測并配以機(jī)械同步傳動杠來保證立柱移動的同步要求。其他控制軸采用感應(yīng)同步器做位置檢測元件，橫梁移動采用直流電動機(jī)串聯(lián)運行并配以機(jī)械同步傳動杠來保持傳動的同步，并在一側(cè)設(shè)有交流微調(diào)電動機(jī)作為調(diào)整之用。機(jī)床傳動全部采用模擬直流伺服系統(tǒng)控制。

機(jī)床技術(shù)規(guī)格和參數(shù)：

·       X 軸行程: 0--27000mm, 速度:5--10000mm/min；

·       Y 軸行程: 0--8000mm, 速度:5--6000mm/min；

·       Z 軸行程: 0--1000mm, 速度:5--3000mm/min；

·       W 軸行程:0--3900mm，速度:5-2000mm/min；

主軸具有定向功能,2個檔位,一檔轉(zhuǎn)數(shù)為6～275r/min；二檔轉(zhuǎn)數(shù)為17～750 r/min 。

數(shù)控系統(tǒng)的改造

選用西門子840D數(shù)控系統(tǒng)改造原數(shù)控龍門銑床的SINUMERIK 8MC數(shù)控系統(tǒng)。新系統(tǒng)包括“10.4"彩色TFT(OP031)顯示器、MMC103帶硬盤。MMC軟件版本為5.3版本,WINDOWS 95操作系統(tǒng),“3.5"軟驅(qū)，R232標(biāo)準(zhǔn)通訊口。NCU為572.3系統(tǒng)，軟件版本為840D的5.3版本。PLC采用S7-300輸入/輸出模塊，同時利用840數(shù)控系統(tǒng)的PROFIBUS接口加裝13個S7-ET200BPLC模塊(其中兩塊模擬輸出模塊)，建立4個遠(yuǎn)程控制分站。該接口數(shù)據(jù)傳輸速度為1.5Mbaudrate,遠(yuǎn)高于X122接口187.5Kbaudrate的傳輸速度,提高了數(shù)據(jù)傳輸速度。各分站之間采用西門子專用通訊電纜,與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊,這樣即節(jié)省控制電纜使用數(shù)量,也降低了電氣故障率。該機(jī)床還具有龍門軸功能及主-從功能(主要解決X1、XA1,W1、WA1同步運行)以及五軸聯(lián)動功能,中文顯示,標(biāo)準(zhǔn)的固定循環(huán),具有840D標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)功能。

驅(qū)動系統(tǒng)及電動機(jī)的配置

選用了西門子611D數(shù)字伺服驅(qū)動系統(tǒng)及1FT6系列交流伺服電動機(jī)改造X1軸，XA1軸, Y軸，Z軸，W1軸，WA1軸,S軸，選用西門子611D數(shù)字模塊進(jìn)行控制。

PLC部分

選用西門子S7－300和S7-ET200B改造原S5-PLC。采用SIEMENS 840D標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床控制面板及用戶操作面板實現(xiàn)機(jī)床的一些輔助動作和功能。

機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)功能設(shè)置

首先通過根據(jù)原機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)功能，自行設(shè)計電氣原理圖，并組織現(xiàn)場安裝調(diào)試進(jìn)行PLC、NC聯(lián)機(jī)調(diào)試。

通過選用HEIDENHAIN直線光柵尺(LB382C)更換原Y軸、Z軸、W1軸、WA1軸測量系統(tǒng)。用HEIDENHAIN的增量編碼器(ROD485)更換原X軸位置編碼器，主軸定向編碼器。 X軸同步功能利用2臺增量編碼器(ROD485)。利用840D的龍門軸功能實現(xiàn)X1軸、XA1軸兩臺電動機(jī)的同步運行。W軸同步功能利用LB382C直線光柵尺(左右各安裝一根直線光柵尺)。利用840D的龍門軸功能，實現(xiàn)W1軸、WA1軸2臺電動機(jī)的同步運行，并在WA1側(cè)設(shè)有微調(diào)電動機(jī)作為手動橫梁水平調(diào)整之用。

主軸根據(jù)滑枕上安裝的接近開關(guān)與附件銑頭上安裝的接近開關(guān)組合不同，通過PLC程序編制，可進(jìn)行自動、手動安裝附件銑頭以及不同附件銑頭不同功率限制，用以保護(hù)附件銑頭不超功率進(jìn)行工件切削。

機(jī)床數(shù)據(jù)配置

對于一臺標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控龍門加工中心，根據(jù)機(jī)床實際工作需要作了以下機(jī)床數(shù)據(jù)配置。

·       X1,XA1,Y,Z,W1,WA1,S軸的NC參數(shù)配置；

·       X1,XA1,Y,Z,W1,WA1,S軸的驅(qū)動參數(shù)配置；

·       X1,XA1,Y,Z,W1,WA1,S軸的驅(qū)動；

·       X1,XA1,Y,Z,W1,WA1軸的螺距補(bǔ)償。

通過PROFIBUS總線對機(jī)床上各個用戶操作站進(jìn)行硬件組態(tài)聯(lián)機(jī)及設(shè)定。設(shè)頂用戶報警信息及操作信息的編制和顯示、附件頭裝卸的程序編制、840D控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)功能的實現(xiàn)。

PLC控制程序的設(shè)計及聯(lián)機(jī)調(diào)試

除了設(shè)計該機(jī)床正常工作所需各種功能的PLC程序外，針對于該數(shù)控龍門加工中心特殊功能，也作了以下PLC程序設(shè)計及調(diào)試。

利用兩臺增量編碼器，X軸龍門軸同步功能的PLC程序設(shè)計及調(diào)試。利用兩根LB382C直線光柵尺，W軸龍門軸同步功能的PLC程序設(shè)計及調(diào)試。W軸橫梁自動、手動調(diào)平PLC程序設(shè)計及調(diào)試。主軸及附件銑頭的功率限制的PLC程序設(shè)計及調(diào)試。

根據(jù)滑枕上安裝的接近開關(guān)與附件銑頭上安裝的接近開關(guān)組合不同，各種附件銑頭的自動識別及裝卸的PLC程序設(shè)計及調(diào)試；刀具輔助銑頭裝卸故障時的手動緊急處理的PLC程序設(shè)計及調(diào)試；橫梁前傾后傾的(掃刀裝置)PLC程序設(shè)計及調(diào)試；對各個座標(biāo)軸限位的PLC程序，各個坐標(biāo)軸Reference程序設(shè)計及調(diào)試；根據(jù)機(jī)床要求的用戶報警信息及操作信息的PLC程序設(shè)計及調(diào)試。

數(shù)控機(jī)床故障報警對機(jī)床操作者及維修技術(shù)人員，在操作和維修起很大作用，因此該機(jī)床故障報警劃分級別設(shè)計為：機(jī)床緊急停止、相應(yīng)及相關(guān)動作停止、報警提示延時后停止相應(yīng)動作、報警提示。機(jī)床設(shè)計為自動檢測主軸附件使用功率，在達(dá)到最大設(shè)定負(fù)荷時產(chǎn)生報警信息,超過最大設(shè)定負(fù)荷時停止相應(yīng)進(jìn)給動作。使用簡單的中文語言對報警進(jìn)行描述，并提供相關(guān)的故障診斷信息。為保護(hù)機(jī)床，報警后相應(yīng)故障、診斷信息不經(jīng)手動清除不得自動消除。上述信息在CNC顯示器上進(jìn)行中文顯示設(shè)定。

機(jī)床安全保護(hù)、操作互鎖的PLC程序設(shè)計及調(diào)試。包括主軸換檔的PLC程序設(shè)計及調(diào)試；各個用戶操作站手動功能的PLC程序設(shè)計及調(diào)試,數(shù)控系統(tǒng)面板及擴(kuò)展機(jī)床面板調(diào)試；其他輔助功能的PLC程序設(shè)計及調(diào)試。

通過配置SIEMENS 840D數(shù)控系統(tǒng)，西門子611D數(shù)字伺服驅(qū)動系統(tǒng)及1FT6系列交流伺服電動機(jī)和選用西門子611D數(shù)字模塊、S7-300 數(shù)字量輸入輸出模塊、ET200B模塊等硬件。利用西門子專用TOOLBOX軟件，進(jìn)行PLC程序設(shè)計以及840D數(shù)控系統(tǒng)NC機(jī)床數(shù)據(jù)正確配置，一次調(diào)試成功，達(dá)到了原機(jī)床設(shè)計功能，在很短時間內(nèi)試車成功，投入生產(chǎn)使用。同時，也使我們了解了SIEMENS 840D數(shù)控系統(tǒng)優(yōu)越性能，積累了數(shù)控機(jī)床設(shè)計和調(diào)試的經(jīng)驗。

西門子數(shù)控系統(tǒng)詳解

一、西門子數(shù)控產(chǎn)品種類

西門子數(shù)控系統(tǒng)是西門子集團(tuán)旗下自動化與驅(qū)動集團(tuán)的產(chǎn)品，西門子數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK發(fā)展了很多代。目前在廣泛使用的主要有802、810、840等幾種類型。

用一個簡要的圖表對西門子各系統(tǒng)的定位作描述如下：

西門子各系統(tǒng)的性價比較

1. SINUMERIK 802D  

具有免維護(hù)性能的SINUMERIK802D，其核心部件 - PCU（面板控制單元）將CNC、PLC、人機(jī)界面和通訊等功能集成于一體?？煽啃愿?、易于安裝。

SINUMERIK802D可控制4個進(jìn)給軸和一個數(shù)字或模擬主軸。通過生產(chǎn)現(xiàn)場總線PROFIBUS將驅(qū)動器、輸入輸出模塊連接起來。

模塊化的驅(qū)動裝置SIMODRIVE611Ue配套1FK6系列伺服電機(jī)，為機(jī)床提供了全數(shù)字化的動力。

通過視窗化的調(diào)試工具軟件，可以便捷地設(shè)置驅(qū)動參數(shù)，并對驅(qū)動器的控制參數(shù)進(jìn)行動態(tài)。

SINUMERIK802D集成了內(nèi)置PLC系統(tǒng)，對機(jī)床進(jìn)行邏輯控制。采用標(biāo)準(zhǔn)的PLC的編程語言Micro/WIN進(jìn)行控制邏輯設(shè)計。并且隨機(jī)提供標(biāo)準(zhǔn)的PLC子程序庫和實例程序，簡化了制造廠設(shè)計過程，縮短了設(shè)計周期。

2. SINUMERIK 810D 

在數(shù)字化控制的領(lǐng)域中，SINUMERIK 810D第一次將CNC和驅(qū)動控制集成在一塊板子上。

快速的循環(huán)處理能力，使其在模塊加工中獨顯威力。

  西門子 SINUMERIK 802C 數(shù)控系統(tǒng)連接示例

1. 西門子 SINUMERIK 802C 數(shù)控系統(tǒng)連接概況

SIEMENS 802S、 802C 系列系統(tǒng)的 CNC 結(jié)構(gòu)完全相同 , 可以進(jìn)行 3 軸控制及3 軸聯(lián)動控制，系統(tǒng)帶有±10V 的主軸模擬量輸出接口, 可以配具有模擬量輸人功能的主軸驅(qū)動系統(tǒng)。

SINUMERIK 802C base line CNC 控制器與伺服驅(qū)動SIMODRIVE611U 和 lFK7 伺服電動機(jī)的連接,SINUMERIK 802C base line CNC 控制器與伺服驅(qū)動 SIMODRIVE base line 和 lFK7 伺服電動機(jī)的連接, 如圖6-3,6-4,6-5所示。

2. 西門子 SINUMERIK  802C 數(shù)控系統(tǒng)的接口

西門子 SINUMERIK 802C 數(shù)控系統(tǒng)的接口布置參見圖 6-6 。

(1) 電源端子:X1, 系統(tǒng)工作電源為直流 24V, 接線端子為 X1, 見表6-1 。

(2) 通信接口: X2——RS232, 在使用外部 PC/PG 與西門子 SINUMERIK 802C base line進(jìn)行數(shù)據(jù)通信 (WINPCIN) 或編寫 PLC 程序時 , 使用 RS232 接口, 如圖 6-7 所示。

 (3) 編碼器接口:X3～X6, 編碼器接口X3,X4 和 X5 為 SUB-D15 芯孔插座,編碼器接口 X6 也是 SUB-D15 芯孔插座, 在 802C base linek 中作為編碼器 4 接口, 在 802S base line 中作為主軸編碼器接口使用, 見表 6-2。

(5) 手輪接口:Xl0, 通過手輪接口X10可以在外部連接兩個手輪。 Xl0 有 10 個接線端子 , 引腳見表 6-4。

(6) 數(shù)字輸入/輸出接口:XlOO～X105,X200和X201, 共有48個數(shù)字輸入和16 個數(shù)字輸出接線端子。

其48個輸入接口X100～X105 引腳分配見表6-5,16個輸出接口 X200和X201 引腳分配見表6-6。