解乃軍 王小曹

摘要：CKH1450數(shù)控車銑中心四軸控制、三軸聯(lián)動，配內(nèi)藏式電主軸，并通過高精度的速度和位置反饋裝置，實現(xiàn)主軸回轉(zhuǎn)的全閉環(huán)控制，C軸分辨率達(dá)到0.001°。可廣泛應(yīng)用于軍工、汽車、模具、渦旋式空調(diào)壓縮機(jī)、電機(jī)、儀器儀表等行業(yè)。文章介紹了SIEMENS 810D數(shù)控系統(tǒng)在CKH1450數(shù)控車銑中心上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：CKH1450數(shù)控車銑中心；SIEMENS 810D；數(shù)控系統(tǒng)；全閉環(huán)控制 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TG659 文章編號：1009-2374（2016）29-0058-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.025

1 硬件配置

SIEMENS 810D采用32位微處理器，實現(xiàn)CNC連續(xù)軌道控制，用于系列機(jī)床，它的突出技術(shù)特點在于將數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動控制系統(tǒng)作為一個不可分割的部分集成在同一塊板子上，省略了驅(qū)動接口。而且整個控制系統(tǒng)全部集成在一個150mm寬的SIMODRIVE 611外殼中，體積小，接觸點少，從而故障率減少。

Siemens 810D應(yīng)用在CKH1450上的主要硬件構(gòu)成及連接：

1.1 數(shù)控單元CCU3

數(shù)控單元是Siemens 810D的核心，目前我們使用的是CCU3單元。CCU3 module（compact control unit）單元內(nèi)部集成了數(shù)控核心CPU和SIMATIC PLC的CPU，包括SINUMERIK 810D數(shù)控軟件和PLC軟件，帶有MDI接口、RS232接口、手輪及測量接口。

1.2 驅(qū)動模塊及嵌入型軸擴(kuò)展單元

CKH1450配兩軸板CCU box，X軸使用其中的一個內(nèi)部驅(qū)動，14.5kW的電主軸，擴(kuò)展使用一個60/80/102A容量型單軸驅(qū)動模塊，其額定電流為80A。Z軸電機(jī)、動力A軸電機(jī)分別為15.5NM和20NM，擴(kuò)展使用一個雙軸18/36A，容量型驅(qū)動模塊。主電源模塊相應(yīng)配置為36kW。主軸擴(kuò)展單元上的X301連接器需連至810D上的軸擴(kuò)展端口X304，雙軸擴(kuò)展單元上的X301連接器需連至810D上的軸擴(kuò)展端口X305，X302連接器需連至810D上的軸擴(kuò)展端口X306。36kW主電源模塊主要完成：（1）為810D及軸擴(kuò)展單元供電；（2）產(chǎn)生直流母線電壓；（3）提供再生回饋性能。

810D數(shù)控系統(tǒng)連接圖如圖1所示。

1.3 OP單元和MMC

OP單元和MMC建立起SINUMERIK 810D與操作者之間的交互界面。此處我們選配OP031。

MMC實際上就是一臺計算機(jī)。它有自己獨立的CPU，還可以帶硬盤、帶軟驅(qū)。此處我們選用PCU20。它裝載的是嵌入式HMI。PCU20上有MPI接口，COM1、COM2通訊口，分別接鍵盤及鼠標(biāo)口，VGA顯示器口可帶兩個顯示器，一個在機(jī)床上，一個在主機(jī)房內(nèi)。

1.4 MCP機(jī)床面板

MCP（Machine Control Panel）是專門為數(shù)控機(jī)床而配置的，它也是OPI上的一個節(jié)點，根據(jù)應(yīng)用場合不同，其布局也不同。CKH1450用車床板的。MCP后面的S3開關(guān)設(shè)定為14。

1.5 I/O單元

CKH1450使用PP72/48 I/O模塊EEP。

EFP（single I/O module），通過X3連接端連至810D上的X111端，每個EFP提供64個輸入點及32個輸出點。X402端作為輸出連接0-31點，X404端作為輸入連接0-31點，X405端作為輸入連接32-63點。

2 軟件編制

SINUMERIK 810D的PLC為SIMATIC S7-300（基本模塊有64K內(nèi)存配置，并可擴(kuò)展至96KB），所以編制PLC必須有S7-300的工具盤（S7軟件，包括S7軟件光盤和S7授權(quán)軟盤）及隨系統(tǒng)一起到貨的工具盤（Toolbox）。

PLC程序分為基本程序和用戶程序?；境绦驂K包括OB1、OB40、OB100三個標(biāo)準(zhǔn)程序塊，用戶程序的切入點表示在基本程序的OB1、OB40、OB100中。

OB1中包括：（1）FC2功能塊，管理工作方式（M代碼）、通道選擇、伺服軸與主軸；（2）FC25功能塊，操作面板處理；（3）FC10功能塊，報警信息處理；（4）其他用戶自定義FC功能塊。

所有的FC功能塊都在OB1中調(diào)用。

OB40：處理報警，速度快。

OB100：功能參數(shù)設(shè)定。

安裝好基本程序后（如果手邊沒有810D工具盤，也可將其他同版本的程序拷貝），之后在此文件下編輯用戶自定義程序。

CKH1450中用戶自定義程序塊如下：

FC30 急停與啟動

FC31 啟動使能

FC32 機(jī)床面板

FC33 回參考點

FC34 外圍報警（保護(hù)開關(guān)、濾油器、集中潤滑壓力開關(guān)、NC未準(zhǔn)備好等）

FC36 M指令

FC40 卡盤

FC41 尾架

FC42 中心架

FC43 冷卻單速

FC44 冷卻高低速

FC47 排屑器

FC54 刀架

完成的PLC程序可用SIMATIC S7軟件傳輸、編輯、調(diào)試（已經(jīng)調(diào)試好的PLC程序可以用PCIN軟件直接進(jìn)行的傳輸）。PLC狀態(tài)可在“menu”診斷下控制和監(jiān)控I/O狀態(tài)等。

3 系統(tǒng)調(diào)試

當(dāng)所有機(jī)械、電氣安裝工作完成后，確認(rèn)電氣元件連接無誤后，開始上電。為使系統(tǒng)控制按設(shè)計者要求工作，首先需進(jìn)行NCK總清（Nck general reset）。為此，將CCU上的啟動開關(guān)S3旋至“1”，啟動NC，如NC已啟動，可按一下復(fù)位按鈕S1；待NCK啟動后，七段狀態(tài)顯示器上顯示“6”，“+5V”燈及“SF”（SINUMERIK READY）亮，將S3旋回“0”。此時，內(nèi)部緩沖存儲器SRAM內(nèi)容被清除，機(jī)床數(shù)據(jù)全部以缺省值預(yù)置，既裝載標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床數(shù)據(jù)，接下來進(jìn)行PLC總清（PLC general reset）。此操作清除PLC程序存儲器中的內(nèi)容，但不清除PLC的系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊及診斷緩沖器內(nèi)容。

4 機(jī)床參數(shù)設(shè)置

控制系統(tǒng)必須借助機(jī)床設(shè)定數(shù)據(jù)才能正確有效地應(yīng)用于機(jī)床。此時，810D上兩個綠燈和一個黃燈亮，電源模塊綠燈和黃燈亮。對于不同的數(shù)據(jù)區(qū)域，810D具有七個保護(hù)級0～7，0最高，7最低，其中0～3由密碼控制，4～7由操作面板上的鑰匙位置控制。操作者只能進(jìn)入其權(quán)限保護(hù)級及以下級的數(shù)據(jù)。如顯示機(jī)床數(shù)據(jù)需4級（鑰匙位置3）及以上極。對于機(jī)床啟動，相應(yīng)的保護(hù)級由口令“EVENING”控制，例如：MD1000機(jī)床數(shù)據(jù)由2/7級保護(hù)，即保護(hù)級2用于寫保護(hù)，7用于讀保護(hù)。

5 數(shù)據(jù)備份

當(dāng)機(jī)床調(diào)試切削運行正常后，應(yīng)將其數(shù)據(jù)備份，提供用戶。810D中有兩類數(shù)據(jù)需備份：（1）備份NCK數(shù)據(jù)；（2）備份PLC數(shù)據(jù)。

810D數(shù)據(jù)備份一般是將數(shù)據(jù)傳至外部計算機(jī)內(nèi)。

6 結(jié)語

本產(chǎn)品研制成功投放市場后，受到用戶的青睞和歡迎，同時也得到省市政府的高度重視、關(guān)心和支持，2004年該產(chǎn)品榮獲江蘇省高新技術(shù)產(chǎn)品稱號（編號為：040115G0100N）。

目前公司生產(chǎn)的CKH1450數(shù)控車銑中心有遠(yuǎn)銷湖南、山西、山東、江西、沈陽、蘭州、上海等地軍工企業(yè)的，也有銷在本地民營企業(yè)的，使用后生產(chǎn)效率大大提高，產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠，用戶非常滿意。

參考文獻(xiàn)

[1] 王洪波.數(shù)控機(jī)床電氣維修技術(shù)：SINUMERIK 810D/840D系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[2] Siemens AG.SINUMERIK 840D sl/840Di sl/840D/840Di/810D Basic Functions Function Manual[S].2006.

[3] Siemens AG.SINUMERIK 840D/840Di/810D Tool Management Description of Function Manual[S].Version 09.05.

作者簡介：解乃軍（1968-），河北玉田人，南京工程學(xué)院教師，高級工程師，研究方向：數(shù)控技術(shù)及其應(yīng)用；王小曹（1971-），陜西藍(lán)田人，南京熊貓信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司技術(shù)副總，高級工程師，研究方向：計算機(jī)及其自動化。

（責(zé)任編輯：蔣建華）