數控系統改造中用西門子S7－300和S7-ET200B改

• 2018-09-08

一重大連加氫反應器制造公司采用SIEMENS840D數控系統改造了一臺數控龍門加工中心，改造后該機床不僅全部恢復了原設計要求，而且機床工作效率大大提高，充分體現了SIEMENS840D數控系統的高科技、高穩定性。
　　該數控龍門加工中心由德國WALDRICHCOBURG公司于1983年生產制造，機床為雙龍門且可以單獨控制操作，型號為20-10-600CNC。原機床共有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(旋轉工作臺)、A 軸(附件軸)9個軸，配有12個附件頭。原控制系統采用SIEMENS8MC數控控制系統，X軸使用旋轉變壓器做位置檢測并配以機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同步器做位置檢測元件，橫梁移動采用直流電動機串聯運行并配以機械同步傳動杠來保持傳動的同步，并在一側設有交流微調電動機作為調整之用。機床傳動全部采用模擬直流伺服系統控制。

　　機床技術規格和參數：

　　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,一檔轉數為6～275r/min；二檔轉數為17～750r/min。

　　數控系統的改造

　　選用西門子840D數控系統改造原數控龍門銑床的SINUMERIK8MC數控系統。新系統包括“10.4"彩色TFT(OP031)顯示器、 MMC103帶硬盤。MMC軟件版本為5.3版本,WINDOWS95操作系統,“3.5"軟驅，R232標準通訊口。NCU為572.3系統，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數控系統的PROFIBUS接口加裝13個S7-ET200BPLC模塊 (其中兩塊模擬輸出模塊)，建立4個遠程控制分站。該接口數據傳輸速度為1.5Mbaudrate,遠高于X122接口187.5Kbaudrate的傳輸速度,提高了數據傳輸速度。各分站之間采用西門子專用通訊電纜,與CPU進行數據通訊,這樣即節省控制電纜使用數量,也降低了電氣故障率。該機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)以及五軸聯動功能,中文顯示,標準的固定循環,具有840D標準的系統功能。

　　驅動系統及電動機的配置

　　選用了西門子611D數字伺服驅動系統及1FT6系列交流伺服電動機改造X1軸，XA1軸,Y軸，Z軸，W1軸，WA1軸,S軸，選用西門子611D數字模塊進行控制。

　　PLC部分

　　選用西門子S7－300和S7-ET200B改造原S5-PLC。采用SIEMENS840D標準機床控制面板及用戶操作面板實現機床的一些輔助動作和功能。

　　機床標準功能設置

　　首先通過根據原機床標準功能，自行設計電氣原理圖，并組織現場安裝調試進行PLC、NC聯機調試。

　　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。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X1軸、XA1 軸兩臺電動機的同步運行。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W1軸、WA1軸2臺電動機的同步運行，并在WA1側設有微調電動機作為手動橫梁水平調整之用。

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

　　機床數據配置

　　對于一臺標準的數控龍門加工中心，根據機床實際工作需要作了以下機床數據配置。

　　X1,XA1,Y,Z,W1,WA1,S軸的NC參數配置；
　　X1,XA1,Y,Z,W1,WA1,S軸的驅動參數配置；
　　X1,XA1,Y,Z,W1,WA1,S軸的驅動優化；
　　X1,XA1,Y,Z,W1,WA1軸的螺距補償。

　　通過PROFIBUS總線對機床上各個用戶操作站進行硬件組態聯機及設定。設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控制系統標準功能的實現。

　　PLC控制程序的設計及聯機調試

　　除了設計該機床正常工作所需各種功能的PLC程序外，針對于該數控龍門加工中心特殊功能，也作了以下PLC程序設計及調試。

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

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

　　數控機床故障報警對機床操作者及維修技術人員，在操作和維修起很大作用，因此該機床故障報警劃分級別設計為：機床緊急停止、相應及相關動作停止、報警提示延時后停止相應動作、報警提示。機床設計為自動檢測主軸附件使用功率，在達到最大設定負荷時產生報警信息,超過最大設定負荷時停止相應進給動作。使用簡單的中文語言對報警進行描述，并提供相關的故障診斷信息。為保護機床，報警后相應故障、診斷信息不經手動清除不得自動消除。上述信息在CNC顯示器上進行中文顯示設定。
　　　
　　床安全保護、操作互鎖的PLC程序設計及調試。包括主軸換檔的PLC程序設計及調試；各個用戶操作站手動功能的PLC程序設計及調試,數控系統面板及擴展機床面板調試；其他輔助功能的PLC程序設計及調試。

　　通過配置SIEMENS840D數控系統，西門子611D數字伺服驅動系統及1FT6系列交流伺服電動機和選用西門子611D數字模塊、S7-300數字量輸入輸出模塊、ET200B模塊等硬件。利用西門子專用TOOLBOX軟件，進行PLC程序設計以及840D數控系統NC機床數據正確配置，一次調試成功，達到了原機床設計功能，在很短時間內試車成功，投入生產使用。同時，也使我們了解了SIEMENS840D數控系統優越性能，積累了數控機床設計和調試的經驗。