吳四海等

摘 要：文章主要介紹了西門子840D數(shù)控系統(tǒng)在數(shù)控車床中的應(yīng)用，介紹840D數(shù)控的控制原理、系統(tǒng)構(gòu)成和性能概述，以及在實(shí)際應(yīng)用過程中的一些維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。通過文章的介紹，希望對(duì)相關(guān)工作起到借鑒的意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng)；NCU；控制原理

前言

MPM-C13接箍車絲機(jī)是生產(chǎn)接箍工件的主要設(shè)備，由此設(shè)備構(gòu)成的接箍線年創(chuàng)產(chǎn)值近億元，采用840D與SINU-MERIK_611數(shù)字驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和SIMATIC S7可編程控制器一起，構(gòu)成全數(shù)字控制系統(tǒng)，大大提高了機(jī)床的效率，降低了機(jī)床的操作難度，也提高了加工的精度。

1 840D數(shù)控系統(tǒng)組成

840D數(shù)控系統(tǒng)由數(shù)控及驅(qū)動(dòng)單元（NCU），MMC，PLC模塊三部分組成。在集成系統(tǒng)時(shí)，總是將SIMODRIVE611D驅(qū)動(dòng)和數(shù)控單元NCU并排放在一起，并用設(shè)備總線相互連接。

1.1 NCU（Numerical Control Unit）數(shù)字控制部件

根據(jù)硬件不同，NCU分為NCU561.2，NCU571.2 NCU572.2，NCU573.2（12軸），和NCU573.2（32軸）等若干種型號(hào)。NCU單元中集成有SINUMERIK 840D數(shù)控CPU和SIMATIC PLC CPU芯片。

1.2 MMC（Man Machine Communication）人機(jī)通訊

人機(jī)通訊負(fù)責(zé)NC數(shù)據(jù)的輸入和顯示。

包括三部分： OP（Operation Panel），MMC，MCP。

1.2.1 OP 操作面板

OP單元和MMC構(gòu)成機(jī)床系統(tǒng)與操作者之間的交換界面。建立的條件是SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用的是MPI（Multiple Point Interface）總線技術(shù)。

1.2.2 MMC

MMC實(shí)際上是一臺(tái)計(jì)算機(jī)（PCU）。目前有三種PCU模塊PCU20、PCU50、PCU70。一般最常用的有MMC102.2（對(duì)應(yīng)于PCU20）及MMC103（對(duì)應(yīng)于PCU50、PCU70），MMC103接口X3與OP031通過MPI總線連接，MMC103接口X4與MCP接口X20相連通過MPI多點(diǎn)通信協(xié)議與NCU接口X101連接。

1.2.3 MCP 機(jī)床操作面板

MCP是專門為數(shù)控機(jī)床而配置的操作面板，它是通過MPI總線連接于數(shù)控系統(tǒng)。有車床版MCP和銑床版MCP兩種，我廠采用車床板操作面板。

1.3 PLC模塊

SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)的PLC部分使用的是西門子SIMATIC S7-300的軟件及模塊，在同一導(dǎo)軌上從左到右依次是電源，接口模塊及信號(hào)模塊。PLC的CPU與NC的CPU是集成在NCU中的。電源模塊是為PLC和NC提供電源+24V和+5V。接口模塊是用于級(jí)之間互連。信號(hào)模塊是用于機(jī)床PLC輸入/輸出的模塊。

2 現(xiàn)場(chǎng)MPM-C13車床的應(yīng)用

MPM-C13車床主要用于對(duì)接箍工件加工，車絲機(jī)由機(jī)床本體、主軸箱、刀架、翻轉(zhuǎn)卡盤、液壓站、鐵屑輸送器、冷卻裝置、機(jī)械手等幾大部分構(gòu)成。該機(jī)床采用SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)通過總線與CRT、MCP、MMC103、S7-300和ET-200 PLC相連。

2.1 加工程序

接箍加工主要通過編制執(zhí)行加工程序?qū)崿F(xiàn)，編程語(yǔ)言N程序編號(hào)地址，10程序段編號(hào)，G預(yù)備功能，X/Y/Z位置數(shù)據(jù)，F(xiàn)進(jìn)給，S主軸速度，T刀具編號(hào)。

2.2 PLC程序

主要通過刀臺(tái)旋轉(zhuǎn)控制程序來分析其應(yīng)用。

當(dāng)執(zhí)行M06 Txx指令時(shí)，DB21.DBX61.0換刀脈沖來，同時(shí)刀號(hào)賦值到DB21.DBW119中，可以按位讀出，如表1。

在S7-300的PLC中通過譯碼讀出的DB21.DBW119各個(gè)位的邏輯關(guān)系組合成不同的條件，作為刀臺(tái)旋轉(zhuǎn)的目標(biāo)刀位，同時(shí)發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，我廠程序?yàn)镸160.0為1號(hào)刀請(qǐng)求，在程序中編制安全保護(hù)條件滿足的同時(shí)啟動(dòng)刀臺(tái)旋轉(zhuǎn)，刀臺(tái)旋轉(zhuǎn)共分4個(gè)步驟：（1）刀臺(tái)啟動(dòng)，運(yùn)行閥得電。（2）判斷-1位置，條件滿足減速閥得電。（3）判斷位置信號(hào)刀位。（4）壓下鎖緊。通過一系列梯形圖邏輯，實(shí)現(xiàn)了刀臺(tái)的手動(dòng)、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)控制。

3 維修中積累的經(jīng)驗(yàn)

經(jīng)過多年對(duì)840D數(shù)控系統(tǒng)維護(hù)，積累了一些經(jīng)驗(yàn)，小結(jié)如下。

3.1 840D系統(tǒng)具有診斷功能可以很方便的通過診斷畫面監(jiān)視各關(guān)鍵點(diǎn)的狀態(tài)

MENU SELECT->診斷->PLC狀態(tài)->即進(jìn)入診斷畫面

（1）右面符號(hào)軟鍵可以選擇顯示“符號(hào)/地址”，E開頭時(shí)帶注釋 I開頭時(shí)不帶注釋。

（2）診斷畫面有文件功能軟鍵

按“文件功能”->把光標(biāo)移到下面的框內(nèi)->按“SELECT”鍵可以選擇各個(gè)組（刀臺(tái)、卡盤等）->按“裝載”，可以裝載選擇組的數(shù)據(jù)到PLC狀態(tài)中進(jìn)行監(jiān)視->按“是”。

3.2 840D單個(gè)文件備份

單個(gè)文件備份時(shí)是每個(gè)軸每個(gè)通道的備份。

MENU SELECT->啟動(dòng)->機(jī)床數(shù)據(jù)->文件功能->進(jìn)入備份對(duì)話框可以選擇通用NCMD/通用機(jī)床數(shù)據(jù)/軸機(jī)床數(shù)據(jù)/驅(qū)動(dòng)機(jī)床數(shù)據(jù)等幾項(xiàng)（顯示數(shù)據(jù)沒什么用）->存儲(chǔ)->選擇“是”

此時(shí)將所選擇的數(shù)據(jù)備份到了“NC-生效-數(shù)據(jù)”目錄下的機(jī)床數(shù)據(jù)中MENU SELECT->服務(wù)->數(shù)據(jù)輸出->磁盤->啟動(dòng)

3.3 S7歸檔

進(jìn)入S7-300程序->打開所用的程序->點(diǎn)“FILE”->Archive->ok->選擇U盤的目錄->輸入文件名->SAVE

3.4 返參考點(diǎn)過程及相關(guān)參數(shù)

3.4.1 按“REF”再按“+”執(zhí)行返參考點(diǎn)操作，軸開始移動(dòng)找REF CAM（減速擋塊）

此時(shí)相關(guān)參數(shù)34010=0

34020=1000 快速速度

34030=1000000 返參最大位移量

3.4.2 壓上減速擋塊后，減速找編碼器“0”位脈沖

此時(shí)相關(guān)參數(shù)34040=300 爬行速度

34050=0 感應(yīng)減速后向后找

34060=20 在編碼器兩圈內(nèi)找 2*10=20

3.4.3 停止在參考點(diǎn)上

此時(shí)相關(guān)參數(shù)34070=300 定位速度

34080=0 柵格偏移量

34090=0.71 偏移量補(bǔ)償

4 軟件相關(guān)

SINUMERIK 840D的軟件主要處理NCU和PLC之間，PLC與MMC之間的接口信號(hào)，NC的參數(shù)配置（包括各種補(bǔ)償）以及PLC報(bào)警文本。NC、PLC和MMC之間既相互獨(dú)立，又相互聯(lián)系，彼此交換信息。

840D數(shù)控系統(tǒng)為設(shè)計(jì)人員提供了大量的接口控制信號(hào)，如：PLC-NCK控制信號(hào)、PLC-MMC控制信號(hào)、MMC-NCK控制信號(hào)。主要用到的接口信號(hào)有：軸的控制信號(hào)、急停信號(hào)、復(fù)位信號(hào)、硬件限位開關(guān)，參考點(diǎn)信號(hào)、程序控制信號(hào)等。

5 結(jié)束語(yǔ)

西門子840D數(shù)控系統(tǒng)是目前較為先進(jìn)的控制系統(tǒng)，其程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，尤其是自定義界面和循環(huán)程序的應(yīng)用，使機(jī)床操作更加便捷智能。在MPM-C13車床的應(yīng)用也為改造大中型數(shù)控機(jī)床提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。