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(jìn)了意大利波米尼公司生產(chǎn)的磨床，波米尼機床體現(xiàn)了當(dāng)今軋輥磨床所能達(dá)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(jìn)行集成。自動化系統(tǒng)的主要部件是:CNC 計算機數(shù)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(qū)動、PLC (編程邏輯控制)和CNC (數(shù)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(shù)。根據(jù)自動化實際監(jiān)控的參數(shù)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(diào)節(jié)機床參數(shù)，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(yù)就能達(dá)到目標(biāo)，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(jié)果;因此CNC 和PLC 的選型是設(shè)計階段非常重要的一步，并且必須考慮自動化的目標(biāo)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(jù)CNC 和PLC 系統(tǒng)設(shè)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(dāng)磨床與其他機床和磨輥間設(shè)備連接時，在每個站(磨床)和其他系統(tǒng)之間開發(fā)網(wǎng)絡(luò)連接是非常有用的。這樣在和上級計算機系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)連接到服務(wù)器的原因，所有數(shù)據(jù)會保存在服務(wù)器里并和上級計算機系統(tǒng)共享這些數(shù)據(jù)。

1.CNC (NUMERICAL CONTROL) (數(shù)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(diào)節(jié)。

(2)主軸的速度調(diào)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(jìn)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(nèi)，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(shè)備所有的功能和報警。

(7)設(shè)備可以與工廠的中心計算機連接，直接傳輸生產(chǎn)數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)入口。②TCP/IP Sockets。SIEMENS SINUMERIK 840D-sl (Solution Line)是高性能數(shù)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(biāo)準(zhǔn)功能如下:①配備SINAMICS S120 Drives 的優(yōu)化、完整的數(shù)字化解決辦法。②用于連接CNC、驅(qū)動及電動機等標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)絡(luò)(Drive Cliq)。③多達(dá)10 個模式組合、10 個通道和31 個坐標(biāo)軸/主軸。④OEM 開放式NCK 軟件。⑤進(jìn)給和快速橫向:0.001 mm/min 到999 m/min。⑥不停地旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)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(biāo)軸和主軸的同步移動。○1可編程加速度?！?2刀具長度補償?！?3反向間隙補償?！?4用于測量回路、超溫、電池、電壓、存儲器、限位開關(guān)及冷卻風(fēng)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(fù)移動的運轉(zhuǎn)狀態(tài)?！?9面向使用者的分級處理的保護(hù)?！?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(yīng)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(hù)。因此由于控制器和驅(qū)動技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)備上的安裝時間并縮小開關(guān)柜的體積。工藝變化量和安全相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是互相交叉監(jiān)控的。在設(shè)定的時間間隔內(nèi)，系統(tǒng)自動強制地檢查以安全為主導(dǎo)的軟件和硬件。

通常，系統(tǒng)中所有的安全有關(guān)的故障都會導(dǎo)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(yīng)時間內(nèi)發(fā)動。

2.CONVERTER 變頻器

所有軸向電動機都由模塊式數(shù)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(qū)動系統(tǒng)是在機械和系統(tǒng)工程領(lǐng)域應(yīng)用于工業(yè)和高性能方面的基礎(chǔ)。數(shù)字編碼元件和功能適用于設(shè)計優(yōu)化方案。

(2)變頻器提供了強有力的單個驅(qū)動和合成驅(qū)動(多軸應(yīng)用)以支持矢量或伺服功能。其覆蓋了0.12 到4500 kW 的應(yīng)用范圍。更進(jìn)一步，變頻器提供了范圍很廣的冷卻概念，驅(qū)動性能的同步性和相當(dāng)數(shù)量的設(shè)備軸。其版本已經(jīng)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(qū)動模塊開動一臺電動機。②每一個模塊執(zhí)行不同的任務(wù)。③模塊式晶體管脈沖控制變頻器。④用于若干個軸和驅(qū)動器組合的緊湊系統(tǒng)。⑤功能模塊可適應(yīng)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(shè)計和調(diào)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(nèi)，屬于西門子S7 -300 家族。相對于標(biāo)準(zhǔn)版本，該PLC -CPU 具有一些附加的改進(jìn)，因為它有1 個在CNC 和PLC 之間進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換的特別接口。現(xiàn)場用I/O 模塊是標(biāo)準(zhǔn)的西門子I/O 模塊。采用ET 200 分布式I/O 系統(tǒng)，數(shù)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(shè)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(shù)字輸入/輸出，最大數(shù)256 B。外圍輸入/輸出，最大數(shù)4096 B。多達(dá)32768 標(biāo)志，512 定時器，512 計數(shù)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(wǎng)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(yuǎn)程診斷、測量數(shù)據(jù)的采集、網(wǎng)絡(luò)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)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(shù)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?！?1國際鍵盤和光學(xué)鼠標(biāo)。○123 LAN Ethernet adapters?！?3 Microsoft Windows XP 或最新操作系統(tǒng)。○141 MONITOR 21″ LCD TFT液晶顯示器。○151 A4 激光彩色打印機?！?61 UPS(30 min)。

5.結(jié)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(yuǎn)離磨床，它的磨削過程全部是自動地進(jìn)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(chǎn)生的隱患，并在最短時間里達(dá)到最佳的磨削結(jié)果。