SIEMENS 810D系统在CKH1450数控车铣中心的应用

解乃军 王小曹

摘要：CKH1450数控车铣中心四轴控制、三轴联动，配内藏式电主轴，并通过高精度的速度和位置反馈装置，实现主轴回转的全闭环控制，C轴分辨率达到0.001°。可广泛应用于军工、汽车、模具、涡旋式空调压缩机、电机、仪器仪表等行业。文章介绍了SIEMENS 810D数控系统在CKH1450数控车铣中心上的应用。

关键词：CKH1450数控车铣中心；SIEMENS 810D；数控系统；全闭环控制 文献标识码：A

中图分类号：TG659 文章编号：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位微处理器，实现CNC连续轨道控制，用于系列机床，它的突出技术特点在于將数控系统与驱动控制系统作为一个不可分割的部分集成在同一块板子上，省略了驱动接口。而且整个控制系统全部集成在一个150mm宽的SIMODRIVE 611外壳中，体积小，接触点少，从而故障率减少。

Siemens 810D应用在CKH1450上的主要硬件构成及连接：

1.1 数控单元CCU3

数控单元是Siemens 810D的核心，目前我们使用的是CCU3单元。CCU3 module（compact control unit）单元内部集成了数控核心CPU和SIMATIC PLC的CPU，包括SINUMERIK 810D数控软件和PLC软件，带有MDI接口、RS232接口、手轮及测量接口。

1.2 驱动模块及嵌入型轴扩展单元

CKH1450配两轴板CCU box，X轴使用其中的一个内部驱动，14.5kW的电主轴，扩展使用一个60/80/102A容量型单轴驱动模块，其额定电流为80A。Z轴电机、动力A轴电机分别为15.5NM和20NM，扩展使用一个双轴18/36A，容量型驱动模块。主电源模块相应配置为36kW。主轴扩展单元上的X301连接器需连至810D上的轴扩展端口X304，双轴扩展单元上的X301连接器需连至810D上的轴扩展端口X305，X302连接器需连至810D上的轴扩展端口X306。36kW主电源模块主要完成：（1）为810D及轴扩展单元供电；（2）产生直流母线电压；（3）提供再生回馈性能。

810D数控系统连接图如图1所示。

1.3 OP单元和MMC

OP单元和MMC建立起SINUMERIK 810D与操作者之间的交互界面。此处我们选配OP031。

MMC实际上就是一台计算机。它有自己独立的CPU，还可以带硬盘、带软驱。此处我们选用PCU20。它装载的是嵌入式HMI。PCU20上有MPI接口，COM1、COM2通讯口，分别接键盘及鼠标口，VGA显示器口可带两个显示器，一个在机床上，一个在主机房内。

1.4 MCP机床面板

MCP（Machine Control Panel）是专门为数控机床而配置的，它也是OPI上的一个节点，根据应用场合不同，其布局也不同。CKH1450用车床板的。MCP后面的S3开关设定为14。

1.5 I/O单元

CKH1450使用PP72/48 I/O模块EEP。

EFP（single I/O module），通过X3连接端连至810D上的X111端，每个EFP提供64个输入点及32个输出点。X402端作为输出连接0-31点，X404端作为输入连接0-31点，X405端作为输入连接32-63点。

2 软件编制

SINUMERIK 810D的PLC为SIMATIC S7-300（基本模块有64K内存配置，并可扩展至96KB），所以编制PLC必须有S7-300的工具盘（S7软件，包括S7软件光盘和S7授权软盘）及随系统一起到货的工具盘（Toolbox）。

PLC程序分为基本程序和用户程序。基本程序块包括OB1、OB40、OB100三个标准程序块，用户程序的切入点表示在基本程序的OB1、OB40、OB100中。

OB1中包括：（1）FC2功能块，管理工作方式（M代码）、通道选择、伺服轴与主轴；（2）FC25功能块，操作面板处理；（3）FC10功能块，报警信息处理；（4）其他用户自定义FC功能块。

所有的FC功能块都在OB1中调用。

OB40：处理报警，速度快。

OB100：功能参数设定。

安装好基本程序后（如果手边没有810D工具盘，也可将其他同版本的程序拷贝），之后在此文件下编辑用户自定义程序。

CKH1450中用户自定义程序块如下：

FC30 急停与启动

FC31 启动使能

FC32 机床面板

FC33 回参考点

FC34 外围报警（保护开关、滤油器、集中润滑压力开关、NC未准备好等）

FC36 M指令

FC40 卡盘

FC41 尾架

FC42 中心架

FC43 冷却单速

FC44 冷却高低速

FC47 排屑器

FC54 刀架

完成的PLC程序可用SIMATIC S7软件传输、编辑、调试（已经调试好的PLC程序可以用PCIN软件直接进行的传输）。PLC状态可在“menu”诊断下控制和监控I/O状态等。

3 系统调试

当所有机械、电气安装工作完成后，确认电气元件连接无误后，开始上电。为使系统控制按设计者要求工作，首先需进行NCK总清（Nck general reset）。为此，将CCU上的启动开关S3旋至“1”，启动NC，如NC已启动，可按一下复位按钮S1；待NCK启动后，七段状态显示器上显示“6”，“+5V”灯及“SF”（SINUMERIK READY）亮，将S3旋回“0”。此时，内部缓冲存储器SRAM内容被清除，机床数据全部以缺省值预置，既装载标准机床数据，接下来进行PLC总清（PLC general reset）。此操作清除PLC程序存储器中的内容，但不清除PLC的系统数据块及诊断缓冲器内容。

4 机床参数设置

控制系统必须借助机床设定数据才能正确有效地应用于机床。此时，810D上两个绿灯和一个黄灯亮，电源模块绿灯和黄灯亮。对于不同的数据区域，810D具有七个保护级0～7，0最高，7最低，其中0～3由密码控制，4～7由操作面板上的钥匙位置控制。操作者只能进入其权限保护级及以下级的数据。如显示机床数据需4级（钥匙位置3）及以上极。对于机床启动，相应的保护级由口令“EVENING”控制，例如：MD1000机床数据由2/7级保护，即保护级2用于写保护，7用于读保护。

5 数据备份

当机床调试切削运行正常后，应将其数据备份，提供用户。810D中有两类數据需备份：（1）备份NCK数据；（2）备份PLC数据。

810D数据备份一般是将数据传至外部计算机内。

6 结语

本产品研制成功投放市场后，受到用户的青睐和欢迎，同时也得到省市政府的高度重视、关心和支持，2004年该产品荣获江苏省高新技术产品称号（编号为：040115G0100N）。

目前公司生产的CKH1450数控车铣中心有远销湖南、山西、山东、江西、沈阳、兰州、上海等地军工企业的，也有销在本地民营企业的，使用后生产效率大大提高，产品性能稳定可靠，用户非常满意。

参考文献

[1] 王洪波.数控机床电气维修技术：SINUMERIK 810D/840D系统[M].北京：电子工业出版社，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.

作者简介：解乃军（1968-），河北玉田人，南京工程学院教师，高级工程师，研究方向：数控技术及其应用；王小曹（1971-），陕西蓝田人，南京熊猫信息产业集团有限公司技术副总，高级工程师，研究方向：计算机及其自动化。

（责任编辑：蒋建华）