SIEMENS 810D系統在CKH1450數控車銑中心的應用

解乃軍 王小曹

摘要：CKH1450數控車銑中心四軸控制、三軸聯動，配內藏式電主軸，并通過高精度的速度和位置反饋裝置，實現主軸回轉的全閉環控制，C軸分辨率達到0.001°。可廣泛應用于軍工、汽車、模具、渦旋式空調壓縮機、電機、儀器儀表等行業。文章介紹了SIEMENS 810D數控系統在CKH1450數控車銑中心上的應用。

關鍵詞：CKH1450數控車銑中心；SIEMENS 810D；數控系統；全閉環控制 文獻標識碼：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CNC連續軌道控制，用于系列機床，它的突出技術特點在于將數控系統與驅動控制系統作為一個不可分割的部分集成在同一塊板子上，省略了驅動接口。而且整個控制系統全部集成在一個150mm寬的SIMODRIVE 611外殼中，體積小，接觸點少，從而故障率減少。

Siemens 810D應用在CKH1450上的主要硬件構成及連接：

1.1 數控單元CCU3

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

1.2 驅動模塊及嵌入型軸擴展單元

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

810D數控系統連接圖如圖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。它有自己獨立的CPU，還可以帶硬盤、帶軟驅。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，分別接鍵盤及鼠標口，VGA顯示器口可帶兩個顯示器，一個在機床上，一個在主機房內。

1.4 MCP機床面板

MCP（Machine Control Panel）是專門為數控機床而配置的，它也是OPI上的一個節點，根據應用場合不同，其布局也不同。CKH1450用車床板的。MCP后面的S3開關設定為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內存配置，并可擴展至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授權軟盤）及隨系統一起到貨的工具盤（Toolbox）。

PLC程序分為基本程序和用戶程序。基本程序塊包括OB1、OB40、OB100三個標準程序塊，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中調用。

OB40：處理報警，速度快。

OB100：功能參數設定。

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 機床面板

FC33 回參考點

FC34 外圍報警（保護開關、濾油器、集中潤滑壓力開關、NC未準備好等）

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、調試（已經調試好的PLC程序可以用PCIN軟件直接進行的傳輸）。PLC狀態可在“menu”診斷下控制和監控I/O狀態等。

3 系統調試

當所有機械、電氣安裝工作完成后，確認電氣元件連接無誤后，開始上電。為使系統控制按設計者要求工作，首先需進行NCK總清（Nck general reset）。為此，將CCU上的啟動開關S3旋至“1”，啟動NC，如NC已啟動，可按一下復位按鈕S1；待NCK啟動后，七段狀態顯示器上顯示“6”，“+5V”燈及“SF”（SINUMERIK READY）亮，將S3旋回“0”。此時，內部緩沖存儲器SRAM內容被清除，機床數據全部以缺省值預置，既裝載標準機床數據，接下來進行PLC總清（PLC general reset）。此操作清除PLC程序存儲器中的內容，但不清除PLC的系統數據塊及診斷緩沖器內容。

4 機床參數設置

控制系統必須借助機床設定數據才能正確有效地應用于機床。此時，810D上兩個綠燈和一個黃燈亮，電源模塊綠燈和黃燈亮。對于不同的數據區域，810D具有七個保護級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。操作者只能進入其權限保護級及以下級的數據。如顯示機床數據需4級（鑰匙位置3）及以上極。對于機床啟動，相應的保護級由口令“EVENING”控制，例如：MD1000機床數據由2/7級保護，即保護級2用于寫保護，7用于讀保護。

5 數據備份

當機床調試切削運行正常后，應將其數據備份，提供用戶。810D中有兩類數據需備份：（1）備份NCK數據；（2）備份PLC數據。

810D數據備份一般是將數據傳至外部計算機內。

6 結語

本產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、關心和支持，2004年該產品榮獲江蘇省高新技術產品稱號（編號為：040115G0100N）。

目前公司生產的CKH1450數控車銑中心有遠銷湖南、山西、山東、江西、沈陽、蘭州、上海等地軍工企業的，也有銷在本地民營企業的，使用后生產效率大大提高，產品性能穩定可靠，用戶非常滿意。

參考文獻

[1] 王洪波.數控機床電氣維修技術：SINUMERIK 810D/840D系統[M].北京：電子工業出版社，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，南京工程學院教師，高級工程師，研究方向：數控技術及其應用；王小曹（1971-），陜西藍田人，南京熊貓信息產業集團有限公司技術副總，高級工程師，研究方向：計算機及其自動化。

（責任編輯：蔣建華）