梁健

（中航飛機(jī)股份有限公司西安飛機(jī)分公司50廠，陜西西安　710089）

西門(mén)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(jī)股份有限公司西安飛機(jī)分公司50廠，陜西西安710089）

VMC-1250數(shù)控銑床由美國(guó)CINCINNATI公司制造，機(jī)床原采用SIEMENS A2100數(shù)控系統(tǒng)，現(xiàn)選用西門(mén)子公司的SINUMERIK 828D數(shù)控系統(tǒng)作為機(jī)床控制系統(tǒng)。本文主要通過(guò)對(duì)三坐標(biāo)立式銑床的改造實(shí)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(duì)其硬件系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性進(jìn)行了較為深入的研究，介紹了系統(tǒng)調(diào)試的方法與過(guò)程。

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

1　改造概述

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

具有80位浮點(diǎn)數(shù)納米計(jì)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(chē)床版8軸/銑床版6軸，Operate操作系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。

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

機(jī)床是否能夠安全可靠的操作運(yùn)行，主要是由數(shù)控系統(tǒng)的PLC，NC控制的。 當(dāng)系統(tǒng)及電氣連接正確無(wú)誤后才可以上電進(jìn)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(dòng)器調(diào)試；（3）NC調(diào)試。在使用PLC子程序之前，需要進(jìn)行系統(tǒng)初始化。系統(tǒng)初始化就是利用計(jì)算機(jī)與機(jī)床通訊將標(biāo)準(zhǔn)車(chē)床或銑床的初始化文件傳入828D系統(tǒng)，初始化不僅對(duì)系統(tǒng)的坐標(biāo)進(jìn)行配置，還對(duì)車(chē)床和銑床的工藝參數(shù)進(jìn)行了配置，而且安裝了車(chē)床或銑床的加工工藝循環(huán)。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床指的是符合系統(tǒng)初始化后所規(guī)定的機(jī)床坐標(biāo)配置的機(jī)床，有車(chē)床和銑床之分。系統(tǒng)初始化后，所有的機(jī)床參數(shù)均有缺省值。

3　PLC程序調(diào)試

在系統(tǒng)的各個(gè)部件正確連接后，首先應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)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(jìn)行PLC程序的編輯、診斷。

為了讓PLC程序簡(jiǎn)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(lái)調(diào)用子程序；（3）網(wǎng)絡(luò)中編寫(xiě)程序的寬度不要超過(guò)顯示寬度；（4）盡量避免使用復(fù)雜指令；（5）盡量使用簡(jiǎn)單的邏輯關(guān)系；（6）一個(gè)輸出線圈的使能、置位、復(fù)位在整個(gè)程序中最好只出現(xiàn)一次；（7）臨時(shí)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(bào)警為機(jī)床維護(hù)、操作人員提供了有效地診斷手段。828D提供了248個(gè)用戶報(bào)警（700000-700247）對(duì)應(yīng)接口信號(hào)為DB1600.DBX0.0-DB1600.DBX30.7，每個(gè)報(bào)警具有一個(gè)配置8 位參數(shù)MD14516［0］～［247］“USER_DATA_PLC_ALARM”。可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定每個(gè)報(bào)警的清除條件和報(bào)警響應(yīng)。如果參數(shù)第6～7位都為“0”，表示報(bào)警為“自清除”報(bào)警；如果0～5位都為“0”，表示報(bào)警為“只顯示”報(bào)警；828D可以在HMI上創(chuàng)建報(bào)警文本，編寫(xiě)完的報(bào)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(dòng)過(guò)程中，MCP所有的燈不停閃爍，利用Programming Tool PLC828軟件，借助上位計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)系統(tǒng)PLC程序進(jìn)行傳輸。調(diào)試各個(gè)PLC塊信號(hào)，使MCP和NCK能正常啟動(dòng)，并無(wú)報(bào)警信息。先建立系統(tǒng)組織塊 OB1；然后根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)配置和機(jī)床硬件要求，使用LADDER語(yǔ)句和STL語(yǔ)句，完成相應(yīng)的機(jī)床功能子程序塊的設(shè)計(jì)。并將整個(gè)PLC軟件系統(tǒng)進(jìn)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(jī)床下電時(shí)序不正確軸就會(huì)處在自由停車(chē)狀態(tài)，既機(jī)床下電后軸還會(huì)運(yùn)動(dòng)一段距離。軸使能上電時(shí)序有關(guān)的有10個(gè)信號(hào)：

急停信號(hào)：DB2600.DBX0.1，DB2600.DBX0.2；EP使能：電源模塊上的X21.3端子信號(hào)；OFF1使能：PPU的X122.1端子信號(hào)；OFF3使能：PPU的X122.2端子上信號(hào)自定義到信號(hào)Q0.3上；軸控制使能：DB380*.DBX2.1；軸脈沖使能：DB380*.DBX4001.7；第一測(cè)量循環(huán)：DB3800.DBX1.5；通道進(jìn)給保持：DB3200.DBX6.0；軸進(jìn)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(shí)可以給各軸加脈沖使能和控制使能。

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

4　驅(qū)動(dòng)器調(diào)試

當(dāng)PLC 應(yīng)用程序的正確無(wú)誤后，即可進(jìn)入驅(qū)動(dòng)器的調(diào)試。驅(qū)動(dòng)器調(diào)試步驟：

（1）驅(qū)動(dòng)器固件升級(jí)；（2）驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)稱固件；為保證驅(qū)動(dòng)器與數(shù)控系統(tǒng)軟件的匹配。固件升級(jí)期間，驅(qū)動(dòng)器進(jìn)線電源模塊和電機(jī)模塊上指示燈：READY以2Hz的頻率，綠/紅交替顯示，表示固件升級(jí)在進(jìn)行中；固件升級(jí)期間嚴(yán)禁斷電！當(dāng)升級(jí)結(jié)束后，HMI會(huì)出現(xiàn)重啟系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)的提示，這時(shí)必須重啟整個(gè)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)固件升級(jí)才能生效。

828D分配軸可以使用Startup-tool軟件自動(dòng)設(shè)定機(jī)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(jī)床的電氣和機(jī)械特性相匹配，得到最佳的加工效果，還需要對(duì)伺服進(jìn)行優(yōu)化。828D系統(tǒng)在HMI上集成了先進(jìn)的在線伺服優(yōu)化軟件，可以對(duì)速度環(huán)和位置環(huán)進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化。自動(dòng)優(yōu)化是各軸獨(dú)立運(yùn)行的，在所有軸都優(yōu)化以后，需要進(jìn)行各軸的匹配。其中比較重要的是，如果優(yōu)化后手輪移動(dòng)軸時(shí)有震動(dòng)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(dòng)。

6　結(jié)語(yǔ)

西門(mén)子828D數(shù)控系統(tǒng)具有的高度模塊化、開(kāi)放性以及規(guī)范化的結(jié)構(gòu)，適用于各中小型機(jī)床，調(diào)試簡(jiǎn)易方便。通過(guò)這種先進(jìn)的功能性強(qiáng)的數(shù)控系統(tǒng)來(lái)改造老機(jī)床延長(zhǎng)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(lái)的出路。

［1］王潤(rùn)孝.《機(jī)床數(shù)控原理與系統(tǒng)》.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2001.

［2］SINUMERIK 828D簡(jiǎn)明調(diào)試指南，2009.