李曉軍

西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限公司 西安市

數(shù)控設(shè)備運(yùn)行10年就會(huì)出現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)老化、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性差及故障率高的問題，這是我國大中型企業(yè)現(xiàn)存的重大問題，解決辦法是設(shè)備更新或改造。就機(jī)床機(jī)械部分而言，其壽命為30年以上，數(shù)控部分使用年限則為10～15年，如因數(shù)控系統(tǒng)問題而更新機(jī)床,按我國現(xiàn)有國情而言是不可取的，較為可行的方法是通過設(shè)備改造，使老設(shè)備重新穩(wěn)定地運(yùn)行起來。

20世紀(jì)90年代武漢重型機(jī)床廠生產(chǎn)的CH5116B型立式車床，采用法國NUM公司的1040T數(shù)控系統(tǒng)，由于數(shù)控系統(tǒng)的元器件老化嚴(yán)重，故障率高，維修困難，系統(tǒng)備件不易購買。為保證生產(chǎn)，擬采用SIEMENS 840D數(shù)控系統(tǒng)對其進(jìn)行改造。

一、CH5116B型立式車床原數(shù)控系統(tǒng)介紹

1.機(jī)床整體描述

CH5116B型立式車床共有3個(gè)進(jìn)給軸，采用法國NUM公司生產(chǎn)的交流伺服電機(jī)及其配套的MDLA2交流調(diào)速裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。X軸和Z軸為兩個(gè)進(jìn)給坐標(biāo)軸和1個(gè)刀庫旋轉(zhuǎn)軸C軸（PLC軸）。X軸行程1.13m，Z軸行程1.5m，可完成兩軸聯(lián)動(dòng)和圓弧插補(bǔ)。X軸位置反饋采用HEIDENHAIN公司生產(chǎn)的LB302光柵尺反饋，經(jīng)EXE612進(jìn)行信號轉(zhuǎn)接后連入NUM驅(qū)動(dòng)，完成全閉環(huán)控制。其他兩個(gè)軸采用電機(jī)內(nèi)裝旋轉(zhuǎn)變壓器進(jìn)行位置檢測反饋，完成半閉環(huán)控制。工作臺(tái)直徑1.6m，載重3t，采用英國CT公司帶磁場控制裝置的M210R直流調(diào)速系統(tǒng)。

2.機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)改造前配置簡述

生產(chǎn)廠商法國NUM，數(shù)控系統(tǒng)NUM 1040T，進(jìn)給電機(jī)為X軸BMH190 3K 1RA2L，Z軸BMH190 3K 1RF2L，主軸電機(jī)ZC 250/10S 55kW，進(jìn)給驅(qū)動(dòng)MDLA2050Q，主軸驅(qū)動(dòng)MDLA2021Q主軸電機(jī)，編碼器6FX2001-2GB02，光柵尺HEIDENHAIN LB302，信號轉(zhuǎn)換 EXE 612。

3.擬采用的Siemens 840D數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（1）840D系統(tǒng)改造主要配置列表（表1）。

表1 840D系統(tǒng)改造主要配置

（2）機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)改造后的配置簡述。NCU數(shù)控單元，數(shù)字控制核心NCK的硬件裝置。NCU單元集成了SINUMERIK 840D CNC CPU和S7-300 PLC CPU芯片，包括數(shù)控軟件和PLC軟件。數(shù)控銑系統(tǒng)選型為NCU573.5。人機(jī)交互裝置，數(shù)控銑加工中心選用PCU50，其人機(jī)操作界面選用OP010及MCP，兩者建立起SINUMERIK 840D系統(tǒng)與機(jī)床操作人員之間的交互界面。同時(shí)配備HHU手持單元。PLC，SINUMERIK 840D系統(tǒng)集成了S7-300-2DP的PLC，并通過通信模塊IM361擴(kuò)展外部的I/O模塊。數(shù)控銑系統(tǒng)選型為S7-317-2DP。驅(qū)動(dòng)裝置，數(shù)控銑系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)選型為SIMODRIVE 611D，配以1FT6/1FK6系列進(jìn)給電機(jī)和1PH7系列主軸電機(jī)。數(shù)控銑數(shù)控系統(tǒng)安裝布置示意見圖1。

圖1 數(shù)控銑數(shù)控系統(tǒng)安裝布置示意圖

（3）外掛系統(tǒng)的組成。X、Z雙軸的位置反饋采用HEIDENHAIN光柵尺，經(jīng)SIEMENS SUV進(jìn)行信號轉(zhuǎn)接后連入840D系統(tǒng)。測量系統(tǒng)仍采用RENISHAW測頭，但改用無線接收的紅外系統(tǒng)。

二、STEP 7-300硬件組態(tài)介紹及應(yīng)用

1.STEP 7-300硬件組態(tài)介紹

使用組態(tài)表表示機(jī)架，就像實(shí)際的機(jī)架一樣，可在其中插入特定數(shù)目的模塊。在組態(tài)表中，STEP 7自動(dòng)給每個(gè)模塊分配一個(gè)地址。如果站中的CPU可自由尋址（可為模塊的每個(gè)通道自由分配一個(gè)地址，而與其插槽無關(guān)），那么，就可以改變站中模塊的地址。硬件組態(tài)可任意多次復(fù)制給其他STEP 7項(xiàng)目，并進(jìn)行必要的修改，然后將其下載到一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)有的設(shè)備中去。在可編程控制器啟動(dòng)時(shí)，CPU將比較STEP 7中創(chuàng)建的預(yù)置組態(tài)與設(shè)備的實(shí)際組態(tài)。從而可立即識(shí)別出它們之間的任何差異，并報(bào)告。

2.STEP 7-300硬件組態(tài)應(yīng)用

目的是生成一個(gè)新項(xiàng)目，完成系統(tǒng)硬件配置文件并將其下載，完成系統(tǒng)配置。STEP 7-300硬件組態(tài)的基本步驟如下。

（1）雙擊SIMATIC Manager圖標(biāo)，打開STEP7主畫面。

（2）點(diǎn)擊FILENEW，按照圖例輸入文件名稱（如：TEST）和文件夾地址，然后點(diǎn)擊OK，系統(tǒng)將自動(dòng)生成TEST項(xiàng)目。

（3）點(diǎn)擊TEST項(xiàng)目名稱，點(diǎn)擊右鍵，選中Insert new object，點(diǎn)擊SIMATIC 300 STATION，將生成一個(gè)S7-300項(xiàng)目，如果項(xiàng)目CPU是S7-400，那么選中SIMATIC 400 STATION即可。

（4）將 TEST 左面的“+”點(diǎn)開，選中 SIMATIC 300（1），然后選中Hardware并雙擊/或右鍵點(diǎn)擊OPEN OBJECT，硬件組態(tài)畫面即可打開。

（5）在右邊菜單中找到SM-300→SINUMERIK→810D/840D，然后找到和設(shè)備采用的型號的相同的選項(xiàng)將其拖入到左邊空白處，將看到圖2對話框。

（6）在該對話框下可以設(shè)置接口的參數(shù)，一般要求和設(shè)備本身對應(yīng)，確認(rèn)無誤后點(diǎn)擊“確定”，將得到圖3所示模塊。

圖2 組態(tài)界面

圖3 組態(tài)界面

圖4 組態(tài)界面

（7）再進(jìn)行添加外部信號模塊的步驟，首先，在SIMATIC 300→RACK 300下找到和設(shè)備上使用的型號相同的RACK（機(jī)架），雙擊后組態(tài)到左邊的編輯窗口（圖4）。

（8）給新組態(tài)的機(jī)架上進(jìn)行配置，首先，需要1個(gè)電源模塊。在SIMATIC 300→PS-300下找到電流大小合適的電源模塊，雙擊進(jìn)行組態(tài)。

（9）為了能夠和810D/840D模塊通信，現(xiàn)在組態(tài)接口模塊。在SIMATIC 300→IM-300下找到所要配置的接口模塊型號IM 361 IM R組態(tài)到機(jī)架的第三個(gè)SLOT中。

（10）進(jìn)行信號模塊的組態(tài)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，先添加數(shù)字輸入（DI）模塊，在 SIMATIC 300→SM-300→DI-300，將 SM 321 DI32×DC24V拖到左邊機(jī)架的第4個(gè)SLOT中，一個(gè)DI模塊組態(tài)完畢，系統(tǒng)將自動(dòng)為模塊的通道分配地址（該處為I32.0～I(xiàn)35.7）。該處將其“系統(tǒng)默認(rèn)”取消后，可以修改地址，此處為了以后編程的方便，將其改為I0.0～I(xiàn)4.7，點(diǎn)擊“確定”。

圖5 組態(tài)界面

圖6 組態(tài)界面

圖7 組態(tài)界面

（11）按照上面步驟組態(tài)DO模塊，系統(tǒng)也將為其分配地址為（該處為 Q4.0～Q5.7），其地址為 Q36.0～Q37.7。

（12）組態(tài)完成后點(diǎn)擊工具欄中的編譯并保存按鍵，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)將該項(xiàng)目編譯并保存。點(diǎn)擊工具欄中的StationConsistency Check進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，若組態(tài)沒問題，將會(huì)出現(xiàn)“No errors”提示，說明該組態(tài)成功。

（13）編譯完成后保存，退出硬件組態(tài)，進(jìn)入項(xiàng)目SIMATIC Manager，點(diǎn)擊“打開項(xiàng)目/庫”圖標(biāo)，在“庫”下可以看到所有庫的名稱，由于該處選擇的系統(tǒng)是西門子840D，因此選擇第一項(xiàng)“gp8x0 65”選項(xiàng)。

（14）點(diǎn)擊“確定”，出現(xiàn)圖 5 界面，雙擊“gp8x0d65”，出現(xiàn)圖6界面。

（15）雙擊“Bausteine”選項(xiàng)將會(huì)出現(xiàn)所有自動(dòng)生成的塊（圖 7）。

（16）然后將這些塊，復(fù)制到“TEST”→SIMATIC 300（1）→PLC 317-2DP→S7程序（2）→“塊”目錄下（復(fù)制之前該目錄下只有OB1一個(gè)塊）。至此，硬件組態(tài)完成，所有的塊已生成。