西門子840D sl在XKF2312/2.5數控龍門銑床改造中的應用（下）

■ 中航飛機西安飛機分公司（陜西 710089）劉紅安

3.系統調試

（1）系統的連接。

（2）PLC調試：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 狀態顯示屏上輸出數字“6”和右下角一個閃爍的點。LED RUN 燈持續亮起呈綠色，重新進行一次啟動，PLC 和 NCK處于循環運行模式下，啟動結束。

利用PC機上安裝的SIMATIC管理器（STEP-7 V 5.5版本）對PLC 進行開機調試。打開840D sl系統隨機附帶的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樹形結構下看到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運行，下載后，會提示是否重新啟動PLC。此時數控系統已經建立了硬件的拓撲結構，如圖4所示。

圖 4

（3）創建PLC程序：按以下步驟建立PLC程序。①打開STEP7軟件，創建新的項目。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，機床控制面板指示燈已經點亮，表明PLC循環運行開始。④按照系統實際配置建立各功能函數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，再接通驅動模塊（se rvo）使能OFF3；系統斷電時，先斷驅動使能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，急停應答D B 10.DBX 56.1，急停有效信號DB10.DBX 106.1，可保證機床、刀具和人員的安全，急停信號可使機床進入緊急停止狀態。當急停輸入DB10.DBX 56.1信號閉合時，CNC控制器進入緊急停止釋放狀態，進給伺服和主軸伺服放大器處于可控制及運行狀態。當信號斷開時，CNC控制器復位并進入緊急停止狀態，進給伺服和主軸伺服放大器、電動機立刻減速直至停止。在緊急停止控制程序中，I1.5、I1.4和I3.3 就是機床的急停按鍵開關輸入信號，表示3個急停按鍵開關，1個安裝在機床電器柜上，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，再接著導通驅動模塊使能信號OFF3，程序如下：

繼續創建機床的功能函數FC，實現HHU控制、坐標回零、一級限位、機床照明燈、冷卻液開關、工作、報警狀態指示燈、裝卸刀及主軸換擋等功能，并檢查機床各個功能執行是否準確可靠。若有問題，則應修改相應的控制程序。注意，在編制PLC程序時，一定要充分考慮各個相互關聯動作的可靠性與安全性，如機床主軸旋轉時就不能進行手動換刀；主軸冷卻裝置故障，主軸停止；潤滑壓力低或液位過低系統報警，坐標軸無法啟動等，以免造成設備損壞與操作人員人身受到傷害。

（4）驅動器的設定：SINUMERIK 840D sl通過DRIVE CLiQ 總線與 SINAM ICS S120 電源模塊及各坐標進給模塊進行通信，并通過DRIVE CL iQ總線對電源模塊及各坐標進給模塊包括電動機進行固件升級以及參數自動配置。S120 電源模塊是新型的饋電單元，系統響應速度快，運行噪聲低，控制電路與大功率電子開關器件高度集成，實現輸入隔離、能耗制動、過溫、過流、過壓保護以及故障診斷等功能，并能將電動機制動時產生的電勢反饋回電網，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就是緊急停止開關繼電器。當緊急停止電路正常時，供電模塊（in feed）使能EP有效激活。此時，必須進行自動升級驅動系統固件，拓撲識別供電模塊，按鍵選擇（調試）→（驅動系統）→（供電），KM 1閉合，SINAM ICS驅動器的電力供應順利完成，如圖7所示。

繼續對SINAM ICS驅動器及坐標、主軸電動機進行固件升級以及參數的自動配置（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）軸參數設定：當驅動器模塊上READY 綠燈點亮，表明SINUM ER IK 840D s l對SINAM ICS驅動器固件升級及電動機、編碼器自動配置完成，驅動器、電動機已準備就緒，此時應著手進行NC參數設定（見表3），主要包括機械傳動參數、速度參數等（以X坐標為例）。

（6）驅動邏輯號分配：驅動配置完畢后，NC系統各坐標軸、主軸需要與NCK內部虛擬PROFIBUS 的驅動建立對應關系，配置各自驅動對象的 I/O 地址邏輯號。此時，各坐標軸、主軸電動機可以轉動，機床的當量位移也正確。

（7）螺距誤差補償：機床在試切件加工前，需進行各坐標軸的螺距誤差補償（LEC）。目的在于檢查各坐標的定位精度以及重復定位精度，并保證在出廠精度范圍內。

最后應進行整機的動態測試，這一工作是通過NAS試件的試切進行的，主要是檢測整機在各個坐標軸平面（如XY、XZ和YZ）的聯動性。這項工作非常重要，一般要進行至少兩次試切，根據精度檢測值要對某些不合格項進行整改，以確保機床在正常的生產中發揮效用。

表2

結語

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

又因該設備采用840D s l數控系統內部模塊化設計，電磁干擾小，設備經過改造后，其跑、冒、滴、漏現象已基本杜絕，環保性顯著提高。

電氣結構緊湊合理，顯示器、各種開關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 數控系統以及SINAM ICS S120驅動系統的研究應用，也可以提高數控機床故障的分析與維修水平，對生產制造技術進一步與國際接軌，具有特殊而重要的現實意義。

表3

[1] 西門子股份公司.SINUMERIK 840D solution line 簡明調試指南[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