軋輥磨床電氣自動化特點分析

南山輕合金有限公司 (山東龍口 265706) 李俊豐 孫 妍

山東南山鋁業(yè)股份有限公司 (龍口 265706) 李素蘋

南山輕合金有限公司引進了意大利波米尼公司生產的磨床，波米尼機床體現(xiàn)了當今軋輥磨床所能達到的最高水平，即通過高水平自動化將機械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)進行集成。自動化系統(tǒng)的主要部件是:CNC 計算機數字控制、PLC 編程邏輯控制、Power converter 功率變頻器及PC 個人計算機。

軋輥磨床自動化系統(tǒng)是由伺服電動機、電動機驅動、PLC (編程邏輯控制)和CNC (數字控制)組成的。自動化水平是確定機床價值的一個最重要參數。根據自動化實際監(jiān)控的參數和工藝功能性，我們可以從其極限值低級(LOW)和高級(HIGH)來歸類。如果操作者不得不連續(xù)地觀察并調節(jié)機床參數，那末其自動化水平可確定為低級，而如果不需要或少需要人類干預就能達到目標，則可確定為高級。波米尼軋輥磨床以高水平自動化為其特點:

(1)波米尼機床使用CNC 和PLC 系統(tǒng)作為自動化的核心，而CNC 和PLC 的性能影響著最終的結果;因此CNC 和PLC 的選型是設計階段非常重要的一步，并且必須考慮自動化的目標水平。

(2)自動化系統(tǒng)的另一個重要方面是人機界面(HMI):HMI 可由特定PC 軟件來實現(xiàn)，對于高水平自動化，必須根據CNC 和PLC 系統(tǒng)設計和開發(fā)HMI。通常盡可能地簡化操作(從操作者觀點出發(fā))和防止任何錯誤。HMI 將幫助操作者控制、跟蹤和觀察加工過程。

(3)當磨床與其他機床和磨輥間設備連接時，在每個站(磨床)和其他系統(tǒng)之間開發(fā)網絡連接是非常有用的。這樣在和上級計算機系統(tǒng)交換數據時，每臺機床的報告都可控制和評估。這就是為什么計算機要通過網絡連接到服務器的原因，所有數據會保存在服務器里并和上級計算機系統(tǒng)共享這些數據。

1.CNC (NUMERICAL CONTROL) (數字控制)

波米尼軋輥磨床配置了西門子SIEMENS SINUMERIK 840D-sl 用于機床的自動化。CNC 用于:

(1)各軸向的速度和位置調節(jié)。

(2)主軸的速度調節(jié)。

(3)管理和執(zhí)行程序，這些程序包含了用于磨削循環(huán)、測量和工作等循序操作和運動的指令。

(4)它能夠連續(xù)地呈現(xiàn)正在加工的凸面形狀，與理論形狀進行比較，這要歸功于Windows 視窗系統(tǒng)下由波米尼開發(fā)的專用軟件，以及由裂紋/瘀痕探測器的測量值。

(5)砂輪修磨工作能夠包括在磨削周期內，不要操作人員等待。因此修磨可以是磨削周期的一個實際步驟。

(6)集成的錯誤診斷讓操作人員容易地監(jiān)測設備所有的功能和報警。

(7)設備可以與工廠的中心計算機連接，直接傳輸生產數據，并用于軋輥庫存的自動統(tǒng)計管理。

(8)所用的交換協(xié)議定義了兩個系統(tǒng)之間信息交換的路徑。目前支持兩種協(xié)議:①ODBC -直接數據入口。②TCP/IP Sockets。SIEMENS SINUMERIK 840D-sl (Solution Line)是高性能數控系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)包含兩個主處理器:CNC 處理器和PLC 處理器。這個系統(tǒng)是一個用于磨床的CNC 連續(xù)通道控制的模塊化微處理機，可處理多種模式和集成的功能強大的PLC。

所供的SIEMENS SINUMERIK 840D-sl 主要特性為:①NCU 730.2。②Intel Pentium M -2Ghz processor。③3 MB NC memory。

SIEMENS SINUMERIK 840D-sl 的主要標準功能如下:①配備SINAMICS S120 Drives 的優(yōu)化、完整的數字化解決辦法。②用于連接CNC、驅動及電動機等標準以太網絡(Drive Cliq)。③多達10 個模式組合、10 個通道和31 個坐標軸/主軸。④OEM 開放式NCK 軟件。⑤進給和快速橫向:0.001 mm/min 到999 m/min。⑥不停地旋轉的回轉軸。⑦帶擴展功能的主軸控制包，如主軸定向停車。⑧仿樣插補。⑨多項式插補。⑩坐標軸和主軸的同步移動?！?可編程加速度?！?2刀具長度補償。○13反向間隙補償。○14用于測量回路、超溫、電池、電壓、存儲器、限位開關及冷卻風扇監(jiān)測等永久有效的安全程序?！?5軟件限位?！?6主軸監(jiān)視。○17帶有能在監(jiān)視器上顯示簡易說明文本的來自界面、PLC 和CNC 的故障診斷功能?！?8急停限位功能，減少機械部件的磨損并優(yōu)化往復移動的運轉狀態(tài)?！?9面向使用者的分級處理的保護?！?0定制的用戶界面可以添加到操作區(qū)域里?！?1操作員界面對OEM 開放，在Windows 下配置?！?可用7 種語言顯示，包括中文，具有兩種語言間的切換功能。如需要可提供其他語種。

由一家全球供應商如西門子來提供CNC、PLC、變頻器和電動機的優(yōu)點是能實現(xiàn)整體安全功能，這樣確保高效操作人員和機床的安全保護。因此由于控制器和驅動技術的完全集成，安全功能已成為基本系統(tǒng)的一個固定部件。

所有的安全功能滿足與歐盟標準符合的安全等級的要求，并且是基本系統(tǒng)的一個集成部件。無需額外的傳感器和測定裝置。這意味著:減少在設備上的安裝時間并縮小開關柜的體積。工藝變化量和安全相關系統(tǒng)的數據是互相交叉監(jiān)控的。在設定的時間間隔內，系統(tǒng)自動強制地檢查以安全為主導的軟件和硬件。

通常，系統(tǒng)中所有的安全有關的故障都會導致危險運動的停機或電動機的快速電氣分離。特別故障引起的變頻器和電動機之間的電氣分離是無接點分離，對于特定的一些軸，可以在很短響應時間內發(fā)動。

2.CONVERTER 變頻器

所有軸向電動機都由模塊式數字功率變頻器SIEMENS SINAMICS S120 or G150 控制。功率變頻器的型號取決于所安裝的電動機功率。不論如何，功率變頻器允許:

(1)驅動系統(tǒng)是在機械和系統(tǒng)工程領域應用于工業(yè)和高性能方面的基礎。數字編碼元件和功能適用于設計優(yōu)化方案。

(2)變頻器提供了強有力的單個驅動和合成驅動(多軸應用)以支持矢量或伺服功能。其覆蓋了0.12 到4500 kW 的應用范圍。更進一步，變頻器提供了范圍很廣的冷卻概念，驅動性能的同步性和相當數量的設備軸。其版本已經擴展到液體冷卻版本。模塊式功率變頻器的主要性能如下:①一個驅動模塊開動一臺電動機。②每一個模塊執(zhí)行不同的任務。③模塊式晶體管脈沖控制變頻器。④用于若干個軸和驅動器組合的緊湊系統(tǒng)。⑤功能模塊可適應每一電動機。⑥通過 HMI -Advanced 工具以及與DRIVE-CLiQ 的簡單連線可以實現(xiàn)較快的設計和調試。⑦通用的主電源模塊。⑧需要時可擴展，通過完全集成自動化(TIA)得到有效和一致的解決方案，自SINAMICS 到自動化水平是兼容的。

3.PLC 編程邏輯控制

CNC SIEMENS SINUMERIK 840D-sl 包含可編程序控制器PLC 的CPU。PLC 317 -2DP/DP 是完全集成在CNC CPU 同一卡內，屬于西門子S7 -300 家族。相對于標準版本，該PLC -CPU 具有一些附加的改進，因為它有1 個在CNC 和PLC 之間進行高速數據交換的特別接口。現(xiàn)場用I/O 模塊是標準的西門子I/O 模塊。采用ET 200 分布式I/O 系統(tǒng)，數字量和模擬量輸入/輸出可以連接到中心控制系統(tǒng)里。通過ET 200，智能I/O 模塊也可以分散地使用。PLC-CPU和外圍設備之間的連接采用工業(yè)總線(profibus)協(xié)議。

PLC 用于邏輯操作的執(zhí)行和校驗，這個邏輯，以PLC 程序的形式出現(xiàn)，檢測和控制機床的所有操作功能。

所提供的PLC 的主要特性:一套PLC 西門子SIMATIC S7 型。CPU 317 -2DP/DP。PLC 用戶存儲器，包括基本PLC 程序，基本擴展，512 kB。STEP 7 編程語言。數字輸入/輸出，最大數256 B。外圍輸入/輸出，最大數4096 B。多達32768 標志，512 定時器，512 計數器。通過PROFIBUS-DP 的分布式I/O。

特定于軋輥磨削的所有功能都是由波米尼在CNC 中實現(xiàn)的，這得益于SIEMENS SINUMERIK 840D從NC 核心到用戶接口任何方面都是開放的，允許使用者有完全自由的行動。

4.PC 個人計算機

SINUMERIK 840D-sl 連接(工業(yè)以太網連接)到配備Windows 平臺的計算機，因而NC 和PLC 控制程序可以和波米尼研制的基于PC 的特殊軟件輕易地集成在一起。對于硬件模塊、遠程診斷、測量數據的采集、網絡和生產數據的采集也是相同的。得益于這個集成，新的CNC 控制系統(tǒng)并不配備西門子PC 機，因為CNC 視頻頁面已直接顯示在與操縱臺一起供貨的PC 機液晶觸摸屏上。這些部件，CNC、PLC、PC 和打印機，工作如同一個集成系統(tǒng)。例如，大多數軋輥磨床的計算機配置可能如下:①Compact Chassis Advantech。

②IPC -7120 -30ZE，300w Power supply ATX。③PC Power Cord European Type 1702002605。④Industrial Motherboard。⑤AIMB -766G2 -00A1E (DUAL GIGALAN)。⑥INTEL COR 2 DUO 2，13 GHz。⑦96MP2DD-21FA-2M7T E6400。⑧KVR800D2N5K2/2G Kingstone Dual Channel DIMM DDR22GB FSB800。⑨Hard Disk SATA MIN.160 GB。⑩Dual Layer DVD RW。○11國際鍵盤和光學鼠標。○123 LAN Ethernet adapters?！?3 Microsoft Windows XP 或最新操作系統(tǒng)?！?41 MONITOR 21″ LCD TFT液晶顯示器?！?51 A4 激光彩色打印機?！?61 UPS(30 min)。

5.結語

波米尼軋輥磨床具有高水平自動化的特點，操縱臺可位于遠離磨床，它的磨削過程全部是自動地進行，減少了磨床操作手的操作和檢查，提高了控制精度，避免了過多人為檢查而產生的隱患，并在最短時間里達到最佳的磨削結果。