SIEMENS802D系統在數控車磨復合加工機床中的應用

解乃軍+王小曹

摘要：文章對SIEMENS 802D數控系統在數控車磨復合加工機床中的硬件配置、系統調試及調試完成后數據備份等問題進行闡述，著重論述SIEMENS 802D數控系統NC單元、驅動單元等部件的硬件配置和相互連接，對系統參數的設置和優化以及絲杠螺距誤差的補償方法給出解決方案。

關鍵詞：SIEMENS 802D系統；數控車磨復合加工機床；硬件配置；系統調試；機床數據 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH16 文章編號：1009-2374（2016）32-0046-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.022

1 概述

數控車磨復合加工機床是加工汽車剎車盤的專用關鍵設備。工件一次裝夾，先雙刀車削兩制動平面，緊接著雙砂輪磨削兩制動平面，以保證兩制動平面的平行度小于0.005mm，制動平面對安裝基面的端面跳動小于0.005mm，兩制動平面的表面粗糙度小于Ra0.4。該機床配置SIEMENS 802D系統，實現五軸控制、三軸聯動。選用SIEMENS 802D系統的原因在于它的驅動控制簡單、配置隨意，系統提供的軟件齊全，便于用戶二次開發，再有它已經國產化設計，成本低，訂貨周期短。

2 硬件配置

2.1 NC部分

2.1.1 PCU。采用PCU210微處理器，CNC主機與人機界面控制集成式設計，標準超薄型10.4”LCD。

2.1.2 鍵盤。有兩種方式可選：水平和垂直。此處選垂直鍵盤。

2.1.3 輸入輸出模塊PP72/48。該模塊可提供72個數字輸入和48個數字輸出。每個模塊具有三個獨立的50芯插槽，每個插槽中包括了24位數字量輸入和16位數字量輸出。802D系統最多可配兩塊PP模塊，此處配一塊。硬件跳線S1地址為9。連接插口：X1接24VDC電源，X2接PROFIBUS總線，X111、X222、X333接50芯扁平電纜插頭。

2.1.4 機床控制面板MCP，為選件。此處不選，

自制。

2.1.5 RS232接口，用于機床數據的備份和恢復，相應的軟件由系統隨機光盤提供。

2.2 驅動器部分

使用SIMODRIVE 611驅動系統，SIMODRIVE 611是一種功能可靈活配置的伺服驅動系統。SIMODRIVE 611中所有的模塊都采用了統一的模塊化設計。電源、通訊以及功率模塊與閉環控制插入模塊之間的接口都采用標準化設計。由于驅動模塊為模塊化設計，因此各驅動器可獨立優化至其最佳狀態。

2.2.1 驅動電源模塊。用于連接各個驅動單元和強電供電系統，將主電源變換為直流母線上的直流電壓。此處選用：6SN1146-1AB00-0BA1 5/10kW。

2.2.2 驅動模塊。SIMODRIVE611的驅動模塊按照功能完成進給電機，主軸電機的驅動控制，在結構裝配上由“功率模塊6SN1123”“閉環控制插入單元6SN1118”和“驅動總線部件”組裝而成。將閉環控制插入單元插入到功率模塊中即可實現帶有模擬量或數字量設定值接口的驅動模塊，用于主軸或進給驅動各種應用場合。功率模塊可以適用于以下電機：1FK6、1FK7伺服電機和1PH7主軸電機。

可以使用功率范圍很寬的單軸或雙軸功率模塊。這些模塊按電流安培數分級，并能提供三種不同的冷卻方式。此處選用：兩個6SN1123-1AB00-0AA1 5/10A和一個6SN1123-1AA00-0BA1 9/18A。每個功率模塊上都要選用閉環控制插入單元6SN1118-0NH10-0AA0。該驅動器的調試可通過隨機軟件SimoComU工具軟件進行。

2.2.3 伺服電機。伺服電機采用1FK7系列，是高緊湊永磁同步同步電機。此處選用：四個1FK7060-5AF71-1EG0和1個1FK7083-5AF71-1EG0。

2.3 主軸部分

2.3.1 S7-200 CPU222模塊。為模擬量輸出模塊EM232提供電源，同時從802D主系統處接收主軸運行速度指令，并通過數模轉換器轉換。

2.3.2 模擬量輸出模塊。EM232為主軸變頻器提供0～10V的模擬電壓。

2.3.3 變頻器。具體實施主軸運轉/停止。

2.3.4 主軸電機。選用7.5kW的普通電機。

2.4 電流檢測裝置

2.4.1 變頻器。功能A驅動砂輪磨頭旋轉/停止，功能B檢測砂輪磨頭電機電流變化，此處使用東元變頻器。

2.4.2 砂輪磨頭電機。選用4kW普通電機。

3 軟件調試

利用PLC子程序庫可非常迅速地建立一個PLC應用程序。

SINUMERIK 802D的PLC為SIMATIC S7-200，所以編制PLC必須使用STEP 7-Micro/WIN 32軟件，及隨系統一起到貨的工具盤（Toolbox）。

PLC程序由主程序OB1和子程序組成。主程序：程序的主體（稱為OB1）是放置控制應用程序指令的位置。主程序中的指令按順序執行，每次執行CPU的一次掃描循環。子程序：子程序是指令的一個選用集，存放在分開的程序塊中，僅在被主程序調用時執行。

完成的PLC程序可用SIMATIC STEP 7-Micro/WIN 32軟件傳輸、編輯、調試。PLC狀態可在線監控。

4 機床數據設置

4.1 總線配置

SINUMERIK 802D是通過現場總線PROFIBUS對外設模塊（如驅動器和輸入輸出模塊等），PROFIBUS的配置是通過通用參數MD11240來確定的。

MD11240=4 表示驅動器：雙軸+雙軸+單軸

該參數生效后，611UE液晶窗口顯示驅動報警：A832（總線無同步信號）；611UE總線接口插件上的指示燈變為綠色。若該指示燈仍為紅色，請檢查總線的連接。

4.2 驅動配置（驅動器模塊定位）

數控系統與驅動器之間通過總線連接，系統根據下列參數與驅動器建立物理聯系：

MD30110：定義速度給定端口（軸號）

MD30220：定義位置反饋端口（軸號）

4.3 位置控制使能參數

30130：1 控制給定軸輸出類型

30240：1 編碼器反饋類型

該參數生效后，611UE液晶窗口顯示：“RUN”。這時通過點動可使伺服電機運動。

32100：1或–1 用于改變電機方向（正向或負向）。

4.4 傳動系統參數配比

31030：絲杠螺距Z1至Z4軸設5000mmX軸設10000mm

31050：電機端齒輪齒數（分子）

31060：絲杠端齒輪齒數（分母）

Z1至Z4軸的齒輪比為1∶1，X軸為5∶8

4.5 坐標速度和加速度：可根據用戶的實際要求更改

32000：8000 最高軸速度

32010：8000 點動快速

32020：2000 點動速度

36200：10000 坐標軸速度限制

32300：0.5 最大加速度

4.6 位置環增益

32200：1.0 位置環增益

4.7 返回參考點相關的機床數據

34010：0 返回參考點方向：0—正，1—負

34020：5000 檢測參考點開關的速度

34040：300 檢測零脈沖的速度

34050：0 尋找零脈沖方向：0—正，1—負

34060：20 檢測參考點開關的最大距離

34070：1000 返回參考點定位速度

34080：-2 參考點移動距離

34090：0 參考點移動距離修正量

34100：參考點（相對機床坐標系）位置

11300：返回參考點觸發方式

4.8 軟限位

36100：負向軟限位

36110：正向軟限位

4.9 反向間隙補償

32450：反向間隙，回參考點后補償生效

5 備份數據

在系統調試完畢后進行數據備份是十分重要的。SINUMERIK802D提供了多種數據備份的方法。系統的數據可在系統內部備份，可在PC卡上備份，也可在計算機的硬盤上備份。

5.1 數據內部備份

數據的內部備份可以通過“數據存儲”軟菜單鍵輕而易舉地實現。

5.2 數據外部備份

802D中的數據（包括PLC應用程序，報警文本以及驅動器數據）可以通過RS232串行接口備份到個人計算機的硬盤或軟盤上，或者將數據備份到PC卡上。其中試車數據以二進制格式備份（備份時波特率應小于19200）。對于相同版本802D的批量生產，可直接使用該試車數據。另外，也可使用PCMCIA存儲卡進行批量調試。

以上的所有工作完成后，機床就可以交給用戶正常使用了。目前，此產品已投入批量生產。

參考文獻

[1] 解乃軍.數控技術及應用[M].北京：科學出版社，2014.

[2] Siemens AG.SINUMERIK 802D診斷說明手冊[S].2007.

[3] Siemens AG.SINUMERIK 802D功能說明手冊[S].2007.

基金項目：南京工程學院教改項目“項目驅動教學法——在數控技術應用類課程模塊中的探索與實踐”，編號：JG201439。

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：計算機及自動化。

（責任編輯：蔣建華）