西門子840D sl在XKF2312/2.5數(shù)控龍門銑床改造中的應(yīng)用（下）

■ 中航飛機(jī)西安飛機(jī)分公司（陜西 710089）劉紅安

3.系統(tǒng)調(diào)試

（1）系統(tǒng)的連接。

（2）PLC調(diào)試：首先在NCU單元上將NCK和PLC總清，總清完成后，NCU 正常啟動，此時NCU 狀態(tài)顯示屏上輸出數(shù)字“6”和右下角一個閃爍的點。LED RUN 燈持續(xù)亮起呈綠色，重新進(jìn)行一次啟動，PLC 和 NCK處于循環(huán)運(yùn)行模式下，啟動結(jié)束。

利用PC機(jī)上安裝的SIMATIC管理器（STEP-7 V 5.5版本）對PLC 進(jìn)行開機(jī)調(diào)試。打開840D sl系統(tǒng)隨機(jī)附帶的Too lbox光盤，雙擊TOOLBOX根目錄下的Setup.exe啟動安裝。選擇第一項（PLC基本程序）和第二項（STEP7添加SINUM ERIK部件及硬件信息更新）進(jìn)行自動安裝，安裝完成后，在SIM ATIC 管理器中，HW-Config頁面的Catalog樹形結(jié)構(gòu)下看到SINUM ERIK/840D sl/NCU 710.3PN V 3.2，即本次改造選用的NCU型號與版本；同時，在Profinet DP→Additional Field Devices→D rives→IO目錄下可找到PP72/48輸入/輸出模板。創(chuàng)建新的項目XKF2312_PLC，在硬件配置中添加PP72/48模塊，點擊OK即可啟動硬件配置的下載，下載時，會先停止PLC運(yùn)行，下載后，會提示是否重新啟動PLC。此時數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)建立了硬件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖 4

（3）創(chuàng)建PLC程序：按以下步驟建立PLC程序。①打開STEP7軟件，創(chuàng)建新的項目。在SIM ATIC管理器中，點擊File菜單下的N ew, 輸入項目名稱XKF2312_PLC，點擊OK。②點擊Insert菜單中Station下SIMATIC 300 Station項，插入 S7-300站點。③將840D s l的Too lbox的PLC基本程序庫整體復(fù)制到自建的項目中。點擊PLC菜單中的“DOWNLOAD”，下載程序到PLC CPU中，此時，機(jī)床控制面板指示燈已經(jīng)點亮，表明PLC循環(huán)運(yùn)行開始。④按照系統(tǒng)實際配置建立各功能函數(shù)FC。首先使急停功能生效， PLC中的緊急停止以及A LM模塊的工作原理如圖5所示。

圖 5

按照電路原理圖5，在S7程序中建立功能函數(shù)FC，即緊急停止控制程序，必須保證，先接通供電模塊（in feed）使能OFF1，再接通驅(qū)動模塊（se rvo）使能OFF3；系統(tǒng)斷電時，先斷驅(qū)動使能OFF3，延時斷供電模塊使能OFF1。

正確使用急停輸入D B 10.D B X 5 6.1，急停應(yīng)答D B 10.DBX 56.1，急停有效信號DB10.DBX 106.1，可保證機(jī)床、刀具和人員的安全，急停信號可使機(jī)床進(jìn)入緊急停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)急停輸入DB10.DBX 56.1信號閉合時，CNC控制器進(jìn)入緊急停止釋放狀態(tài)，進(jìn)給伺服和主軸伺服放大器處于可控制及運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)信號斷開時，CNC控制器復(fù)位并進(jìn)入緊急停止?fàn)顟B(tài)，進(jìn)給伺服和主軸伺服放大器、電動機(jī)立刻減速直至停止。在緊急停止控制程序中，I1.5、I1.4和I3.3 就是機(jī)床的急停按鍵開關(guān)輸入信號，表示3個急停按鍵開關(guān)，1個安裝在機(jī)床電器柜上，1個在手持操作單元上，1個在操作面板上。3個信號接通后，Q1.2激活，供電模塊（in feed）使能EP有效激活。延時1s后，OFF1信號使能有效，再接著導(dǎo)通驅(qū)動模塊使能信號OFF3，程序如下：

繼續(xù)創(chuàng)建機(jī)床的功能函數(shù)FC，實現(xiàn)HHU控制、坐標(biāo)回零、一級限位、機(jī)床照明燈、冷卻液開關(guān)、工作、報警狀態(tài)指示燈、裝卸刀及主軸換擋等功能，并檢查機(jī)床各個功能執(zhí)行是否準(zhǔn)確可靠。若有問題，則應(yīng)修改相應(yīng)的控制程序。注意，在編制PLC程序時，一定要充分考慮各個相互關(guān)聯(lián)動作的可靠性與安全性，如機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)時就不能進(jìn)行手動換刀；主軸冷卻裝置故障，主軸停止；潤滑壓力低或液位過低系統(tǒng)報警，坐標(biāo)軸無法啟動等，以免造成設(shè)備損壞與操作人員人身受到傷害。

（4）驅(qū)動器的設(shè)定：SINUMERIK 840D sl通過DRIVE CLiQ 總線與 SINAM ICS S120 電源模塊及各坐標(biāo)進(jìn)給模塊進(jìn)行通信，并通過DRIVE CL iQ總線對電源模塊及各坐標(biāo)進(jìn)給模塊包括電動機(jī)進(jìn)行固件升級以及參數(shù)自動配置。S120 電源模塊是新型的饋電單元，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，運(yùn)行噪聲低，控制電路與大功率電子開關(guān)器件高度集成，實現(xiàn)輸入隔離、能耗制動、過溫、過流、過壓保護(hù)以及故障診斷等功能，并能將電動機(jī)制動時產(chǎn)生的電勢反饋回電網(wǎng)，顯著降低用電功耗。

SINAM IC S120 控制電路如圖6所示。其中，K A 18、23就是緊急停止開關(guān)繼電器。當(dāng)緊急停止電路正常時，供電模塊（in feed）使能EP有效激活。此時，必須進(jìn)行自動升級驅(qū)動系統(tǒng)固件，拓?fù)渥R別供電模塊，按鍵選擇（調(diào)試）→（驅(qū)動系統(tǒng)）→（供電），KM 1閉合，SINAM ICS驅(qū)動器的電力供應(yīng)順利完成，如圖7所示。

繼續(xù)對SINAM ICS驅(qū)動器及坐標(biāo)、主軸電動機(jī)進(jìn)行固件升級以及參數(shù)的自動配置（見表2），在此不再贅述。注意，X、Y、Z和SP的如表2所示信號必須通過PLC程序加以激活。

圖 6

圖 7

（5）軸參數(shù)設(shè)定：當(dāng)驅(qū)動器模塊上READY 綠燈點亮，表明SINUM ER IK 840D s l對SINAM ICS驅(qū)動器固件升級及電動機(jī)、編碼器自動配置完成，驅(qū)動器、電動機(jī)已準(zhǔn)備就緒，此時應(yīng)著手進(jìn)行NC參數(shù)設(shè)定（見表3），主要包括機(jī)械傳動參數(shù)、速度參數(shù)等（以X坐標(biāo)為例）。

（6）驅(qū)動邏輯號分配：驅(qū)動配置完畢后，NC系統(tǒng)各坐標(biāo)軸、主軸需要與NCK內(nèi)部虛擬PROFIBUS 的驅(qū)動建立對應(yīng)關(guān)系，配置各自驅(qū)動對象的 I/O 地址邏輯號。此時，各坐標(biāo)軸、主軸電動機(jī)可以轉(zhuǎn)動，機(jī)床的當(dāng)量位移也正確。

（7）螺距誤差補(bǔ)償：機(jī)床在試切件加工前，需進(jìn)行各坐標(biāo)軸的螺距誤差補(bǔ)償（LEC）。目的在于檢查各坐標(biāo)的定位精度以及重復(fù)定位精度，并保證在出廠精度范圍內(nèi)。

最后應(yīng)進(jìn)行整機(jī)的動態(tài)測試，這一工作是通過NAS試件的試切進(jìn)行的，主要是檢測整機(jī)在各個坐標(biāo)軸平面（如XY、XZ和YZ）的聯(lián)動性。這項工作非常重要，一般要進(jìn)行至少兩次試切，根據(jù)精度檢測值要對某些不合格項進(jìn)行整改，以確保機(jī)床在正常的生產(chǎn)中發(fā)揮效用。

表2

結(jié)語

設(shè)備改造后，性能顯著提高，其加工范圍拓寬，設(shè)備有效率明顯提升，而耗電量也由于采用SINAM ICS驅(qū)動器而降低。

又因該設(shè)備采用840D s l數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部模塊化設(shè)計，電磁干擾小，設(shè)備經(jīng)過改造后，其跑、冒、滴、漏現(xiàn)象已基本杜絕，環(huán)保性顯著提高。

電氣結(jié)構(gòu)緊湊合理，顯示器、各種開關(guān)和指示燈布局更適合操作人員的使用。而通過對西門子SINUMERIK 840D sl 數(shù)控系統(tǒng)以及SINAM ICS S120驅(qū)動系統(tǒng)的研究應(yīng)用，也可以提高數(shù)控機(jī)床故障的分析與維修水平，對生產(chǎn)制造技術(shù)進(jìn)一步與國際接軌，具有特殊而重要的現(xiàn)實意義。

表3

[1] 西門子股份公司.SINUMERIK 840D solution line 簡明調(diào)試指南[M/CD].德國：西門子股份公司，2012.8.

[2] 西門子股份公司.SINAM ICS S120 COM ISS IO N IN G MANUAL[E].德國：西門子股份公司，2011.8