西门子828D数控系统在数控铣床改造中的应用

梁健

（中航飞机股份有限公司西安飞机分公司50厂，陕西西安　710089）

西门子828D数控系统在数控铣床改造中的应用

梁健

（中航飞机股份有限公司西安飞机分公司50厂，陕西西安710089）

VMC-1250数控铣床由美国CINCINNATI公司制造，机床原采用SIEMENS A2100数控系统，现选用西门子公司的SINUMERIK 828D数控系统作为机床控制系统。本文主要通过对三坐标立式铣床的改造实例分析SINUMERIK 828D数控系统在数控改造中的应用。主要针对其硬件系统的功能，系统的稳定性和可靠性进行了较为深入的研究，介绍了系统调试的方法与过程。

828D数控系统电路设计PLC设计系统调试

1　改造概述

VMC-1250数控铣床由美国CINCINNATI公司制造，机床原采用SIEMENS A2100数控系统，现选用西门子公司的SINUMERIK 828D数控系统作为机床控制系统。

具有80位浮点数纳米计算精度（NANOFP），组织有序的刀具管理功能，Easy Archive--备份管理功能，可配置最大轴数：车床版8轴/铣床版6轴，Operate操作系统等优点。

2　SIEMENS 828D数控系统调试概述

机床是否能够安全可靠的操作运行，主要是由数控系统的PLC，NC控制的。 当系统及电气连接正确无误后才可以上电进行系统调试。系统调试分为（1）PLC程序调试；（2）驱动器调试；（3）NC调试。在使用PLC子程序之前，需要进行系统初始化。系统初始化就是利用计算机与机床通讯将标准车床或铣床的初始化文件传入828D系统，初始化不仅对系统的坐标进行配置，还对车床和铣床的工艺参数进行了配置，而且安装了车床或铣床的加工工艺循环。标准机床指的是符合系统初始化后所规定的机床坐标配置的机床，有车床和铣床之分。系统初始化后，所有的机床参数均有缺省值。

3　PLC程序调试

在系统的各个部件正确连接后，首先应当设计并调试PLC控制程序。828D是基于SIMATICS7-200的PLC构架，使用“Programm ingToolPLC828”软件进行PLC程序的编辑、诊断。

为了让PLC程序简单明了，方便诊断故障应遵循以下规则：

（1）尽量避免使用局部变量；（2）OB1只能用来调用子程序；（3）网络中编写程序的宽度不要超过显示宽度；（4）尽量避免使用复杂指令；（5）尽量使用简单的逻辑关系；（6）一个输出线圈的使能、置位、复位在整个程序中最好只出现一次；（7）临时变量只能在同一子程序中出现；（8）不要使用间接寻址；（9）程序中尽量避免使用M作为中间变量，使用用户自定义数据块。

PLC用户报警为机床维护、操作人员提供了有效地诊断手段。828D提供了248个用户报警（700000-700247）对应接口信号为DB1600.DBX0.0-DB1600.DBX30.7，每个报警具有一个配置8 位参数MD14516［0］～［247］“USER_DATA_PLC_ALARM”。可以根据实际情况设定每个报警的清除条件和报警响应。如果参数第6～7位都为“0”，表示报警为“自清除”报警；如果0～5位都为“0”，表示报警为“只显示”报警；828D可以在HMI上创建报警文本，编写完的报警文本直接保存在系统CF卡/oem_alarms_plc_chs.ts文件中。

在PLC启动过程中，MCP所有的灯不停闪烁，利用Programming Tool PLC828软件，借助上位计算机来对系统PLC程序进行传输。调试各个PLC块信号，使MCP和NCK能正常启动，并无报警信息。先建立系统组织块 OB1；然后根据实际系统配置和机床硬件要求，使用LADDER语句和STL语句，完成相应的机床功能子程序块的设计。并将整个PLC软件系统进行配置和连接。在系统调试前，需要建立轴控制使能链。轴使能链至关重要，如果机床下电时序不正确轴就会处在自由停车状态，既机床下电后轴还会运动一段距离。轴使能上电时序有关的有10个信号：

急停信号：DB2600.DBX0.1，DB2600.DBX0.2；EP使能：电源模块上的X21.3端子信号；OFF1使能：PPU的X122.1端子信号；OFF3使能：PPU的X122.2端子上信号自定义到信号Q0.3上；轴控制使能：DB380*.DBX2.1；轴脉冲使能：DB380*.DBX4001.7；第一测量循环：DB3800.DBX1.5；通道进给保持：DB3200.DBX6.0；轴进给保持DB3*.DBX2.1，DB3*.DBX21.7。

系统上电的第一步是给电源模块加EP使能，间隔100ms后加OFF1使能，OFF1使能加上后可以加OFF3使能，加OFF3的同时可以给各轴加脉冲使能和控制使能。

按下急停开关时，首先要断掉OFF3使能，待所有轴出现静止信号DB390x.DBX1.4时，才可以同时断开OFF1，脉冲使能和控制使能，OFF1断开后延时100ms断开EP使能。

4　驱动器调试

当PLC 应用程序的正确无误后，即可进入驱动器的调试。驱动器调试步骤：

（1）驱动器固件升级；（2）驱动器配置；（3）电源配置；（4）分配轴。

除非调节型电源模块外，SINAMICS 部件内部均具有固化软件，简称固件；为保证驱动器与数控系统软件的匹配。固件升级期间，驱动器进线电源模块和电机模块上指示灯：READY以2Hz的频率，绿/红交替显示，表示固件升级在进行中；固件升级期间严禁断电！当升级结束后，HMI会出现重启系统及驱动的提示，这时必须重启整个控制系统驱动固件升级才能生效。

828D分配轴可以使用Startup-tool软件自动设定机床数据，可视化的分配轴界面非常方便。

5　NC调试及优化

配置完参数后为了让机床的电气和机械特性相匹配，得到最佳的加工效果，还需要对伺服进行优化。828D系统在HMI上集成了先进的在线伺服优化软件，可以对速度环和位置环进行自动优化。自动优化是各轴独立运行的，在所有轴都优化以后，需要进行各轴的匹配。其中比较重要的是，如果优化后手轮移动轴时有震动现象，需要设置MD32420-1激活手轮模式下的JERK功能。再将MD32430设为20-50即可消除震动。

6　结语

西门子828D数控系统具有的高度模块化、开放性以及规范化的结构，适用于各中小型机床，调试简易方便。通过这种先进的功能性强的数控系统来改造老机床延长老旧设备的使用寿命节约成本增加效益才是老旧设备未来的出路。

［1］王润孝.《机床数控原理与系统》.西安：西北工业大学出版社，2001.

［2］SINUMERIK 828D简明调试指南，2009.