西門子將電氣化、自動化、數(shù)字化的力量融入各行各業(yè)，以前所未見的高度、速度、精度和深度，讓關(guān)鍵所在，逐一實現(xiàn)。

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該數(shù)控龍門加工中心由德國WALDRICH COBURG公司于1983年生產(chǎn)制造，機床為雙龍門且可以單獨控制操作，型號為20-10-600CNC。原機床共有X1軸、XA1軸(雙龍門同步移動)、Y軸(滑板)、Z軸(滑枕)、W1軸、WA1軸(橫梁同步移動)、S軸(主軸)、C軸(旋轉(zhuǎn)工作臺)、A軸(附件軸)9個軸，配有12個附件頭。原控制系統(tǒng)采用SIEMENS 8MC數(shù)控控制系統(tǒng)，X軸使用旋轉(zhuǎn)變壓器做位置檢測并配以機械同步傳動杠來保證立柱移動的同步要求。其他控制軸采用感應(yīng)同步器做位置檢測元件，橫梁移動采用直流電動機串聯(lián)運行并配以機械同步傳動杠來保持傳動的同步，并在一側(cè)設(shè)有交流微調(diào)電動機作為調(diào)整之用。機床傳動全部采用模擬直流伺服系統(tǒng)控制。

機床技術(shù)規(guī)格和參數(shù)：

·       X 軸行程: 0--27000mm, 速度:5--10000mm/min；

·       Y 軸行程: 0--8000mm, 速度:5--6000mm/min；

·       Z 軸行程: 0--1000mm, 速度:5--3000mm/min；

·       W 軸行程:0--3900mm，速度:5-2000mm/min；

主軸具有定向功能,2個檔位,一檔轉(zhuǎn)數(shù)為6～275r/min；二檔轉(zhuǎn)數(shù)為17～750 r/min 。

數(shù)控系統(tǒng)的改造

選用西門子840D數(shù)控系統(tǒng)改造原數(shù)控龍門銑床的SINUMERIK 8MC數(shù)控系統(tǒng)。新系統(tǒng)包括“10.4"彩色TFT(OP031)顯示器、MMC103帶硬盤。MMC軟件版本為5.3版本,WINDOWS 95操作系統(tǒng),“3.5"軟驅(qū)，R232標準通訊口。NCU為572.3系統(tǒng)，軟件版本為840D的5.3版本。PLC采用S7-300輸入/輸出模塊，同時利用840數(shù)控系統(tǒng)的PROFIBUS接口加裝13個S7-ET200BPLC模塊(其中兩塊模擬輸出模塊)，建立4個遠程控制分站。該接口數(shù)據(jù)傳輸速度為1.5Mbaudrate,遠高于X122接口187.5Kbaudrate的傳輸速度,提高了數(shù)據(jù)傳輸速度。各分站之間采用西門子專用通訊電纜,與CPU進行數(shù)據(jù)通訊,這樣即節(jié)省控制電纜使用數(shù)量,也降低了電氣故障率。該機床還具有龍門軸功能及主-從功能(主要解決X1、XA1,W1、WA1同步運行)以及五軸聯(lián)動功能,中文顯示,標準的固定循環(huán),具有840D標準的系統(tǒng)功能。

驅(qū)動系統(tǒng)及電動機的配置

選用了西門子611D數(shù)字伺服驅(qū)動系統(tǒng)及1FT6系列交流伺服電動機改造X1軸，XA1軸, Y軸，Z軸，W1軸，WA1軸,S軸，選用西門子611D數(shù)字模塊進行控制。

PLC部分

選用西門子S7－300和S7-ET200B改造原S5-PLC。采用SIEMENS 840D標準機床控制面板及用戶操作面板實現(xiàn)機床的一些輔助動作和功能。

機床標準功能設(shè)置

首先通過根據(jù)原機床標準功能，自行設(shè)計電氣原理圖，并組織現(xiàn)場安裝調(diào)試進行PLC、NC聯(lián)機調(diào)試。

通過選用HEIDENHAIN直線光柵尺(LB382C)更換原Y軸、Z軸、W1軸、WA1軸測量系統(tǒng)。用HEIDENHAIN的增量編碼器(ROD485)更換原X軸位置編碼器，主軸定向編碼器。 X軸同步功能利用2臺增量編碼器(ROD485)。利用840D的龍門軸功能實現(xiàn)X1軸、XA1軸兩臺電動機的同步運行。W軸同步功能利用LB382C直線光柵尺(左右各安裝一根直線光柵尺)。利用840D的龍門軸功能，實現(xiàn)W1軸、WA1軸2臺電動機的同步運行，并在WA1側(cè)設(shè)有微調(diào)電動機作為手動橫梁水平調(diào)整之用。

主軸根據(jù)滑枕上安裝的接近開關(guān)與附件銑頭上安裝的接近開關(guān)組合不同，通過PLC程序編制，可進行自動、手動安裝附件銑頭以及不同附件銑頭不同功率限制，用以保護附件銑頭不超功率進行工件切削。

機床數(shù)據(jù)配置

對于一臺標準的數(shù)控龍門加工中心，根據(jù)機床實際工作需要作了以下機床數(shù)據(jù)配置。

·       X1,XA1,Y,Z,W1,WA1,S軸的NC參數(shù)配置；

·       X1,XA1,Y,Z,W1,WA1,S軸的驅(qū)動參數(shù)配置；

·       X1,XA1,Y,Z,W1,WA1,S軸的驅(qū)動優(yōu)化；

·       X1,XA1,Y,Z,W1,WA1軸的螺距補償。

通過PROFIBUS總線對機床上各個用戶操作站進行硬件組態(tài)聯(lián)機及設(shè)定。設(shè)頂用戶報警信息及操作信息的編制和顯示、附件頭裝卸的程序編制、840D控制系統(tǒng)標準功能的實現(xiàn)。

PLC控制程序的設(shè)計及聯(lián)機調(diào)試

除了設(shè)計該機床正常工作所需各種功能的PLC程序外，針對于該數(shù)控龍門加工中心特殊功能，也作了以下PLC程序設(shè)計及調(diào)試。

利用兩臺增量編碼器，X軸龍門軸同步功能的PLC程序設(shè)計及調(diào)試。利用兩根LB382C直線光柵尺，W軸龍門軸同步功能的PLC程序設(shè)計及調(diào)試。W軸橫梁自動、手動調(diào)平PLC程序設(shè)計及調(diào)試。主軸及附件銑頭的功率限制的PLC程序設(shè)計及調(diào)試。

根據(jù)滑枕上安裝的接近開關(guān)與附件銑頭上安裝的接近開關(guān)組合不同，各種附件銑頭的自動識別及裝卸的PLC程序設(shè)計及調(diào)試；刀具輔助銑頭裝卸故障時的手動緊急處理的PLC程序設(shè)計及調(diào)試；橫梁前傾后傾的(掃刀裝置)PLC程序設(shè)計及調(diào)試；對各個座標軸限位的PLC程序，各個坐標軸Reference程序設(shè)計及調(diào)試；根據(jù)機床要求的用戶報警信息及操作信息的PLC程序設(shè)計及調(diào)試。

數(shù)控機床故障報警對機床操作者及維修技術(shù)人員，在操作和維修起很大作用，因此該機床故障報警劃分級別設(shè)計為：機床緊急停止、相應(yīng)及相關(guān)動作停止、報警提示延時后停止相應(yīng)動作、報警提示。機床設(shè)計為自動檢測主軸附件使用功率，在達到最大設(shè)定負荷時產(chǎn)生報警信息,超過最大設(shè)定負荷時停止相應(yīng)進給動作。使用簡單的中文語言對報警進行描述，并提供相關(guān)的故障診斷信息。為保護機床，報警后相應(yīng)故障、診斷信息不經(jīng)手動清除不得自動消除。上述信息在CNC顯示器上進行中文顯示設(shè)定。

機床安全保護、操作互鎖的PLC程序設(shè)計及調(diào)試。包括主軸換檔的PLC程序設(shè)計及調(diào)試；各個用戶操作站手動功能的PLC程序設(shè)計及調(diào)試,數(shù)控系統(tǒng)面板及擴展機床面板調(diào)試；其他輔助功能的PLC程序設(shè)計及調(diào)試。

通過配置SIEMENS 840D數(shù)控系統(tǒng)，西門子611D數(shù)字伺服驅(qū)動系統(tǒng)及1FT6系列交流伺服電動機和選用西門子611D數(shù)字模塊、S7-300 數(shù)字量輸入輸出模塊、ET200B模塊等硬件。利用西門子專用TOOLBOX軟件，進行PLC程序設(shè)計以及840D數(shù)控系統(tǒng)NC機床數(shù)據(jù)正確配置，一次調(diào)試成功，達到了原機床設(shè)計功能，在很短時間內(nèi)試車成功，投入生產(chǎn)使用。同時，也使我們了解了SIEMENS 840D數(shù)控系統(tǒng)優(yōu)越性能，積累了數(shù)控機床設(shè)計和調(diào)試的經(jīng)驗。

西門子6DD168系列型號列舉

說明

有一系列從入門級CPU直到高性能CPU，用于配置控制器。所有CPU控制大量結(jié)構(gòu);多個CPU可以在一個多值計算配置中一起工作以提高性能。由于CPU的高處理速度和確定性的響應(yīng)時間，可縮短機器的循環(huán)周期。

不同的CPU具有不同性能，例如，工作存儲器，地址范圍，連接數(shù)量和執(zhí)行時間。十款款標準的CPU，集成PROFIBUS、PROFINET 總線接口。

• S7- 400尤其適合于加工工業(yè)中的數(shù)據(jù)密集型任務(wù)。高處理速度和確定性的響應(yīng)時間，縮短高速機械制造業(yè)設(shè)備控制的循環(huán)周期。

• S7 - 400最好用于整體協(xié)調(diào)各種設(shè)備，控制低級別的系統(tǒng)。這是由高速通訊能力和集成接口來保證的。

S7-400 的成功應(yīng)用如下：

• 汽車工業(yè)

• 標準機械設(shè)備制造包括定制的機械設(shè)備制造

• 倉儲系統(tǒng)

• 建筑工程

• 鋼鐵行業(yè)

• 發(fā)電和配電

• 造紙和印刷業(yè)

• 木工

• 紡織業(yè)

• 醫(yī)藥制品

• 食品和飲料行業(yè)

• 處理工程，例如水和廢水處理設(shè)施

• 化工和石化

效益

• 由于采用各種級別的CPU，S7-400可以靈活擴展升級；I/O能力幾乎是無限的。

• 強大的CPU允許集成新的功能，無需額外硬件投資，例如處理質(zhì)量數(shù)據(jù)，用戶友好的診斷，到更高層次的MES解決方案或通過總線系統(tǒng)的高速通訊。

• 可以以模塊化的方式構(gòu)建S7 - 400，有各種用于集中配置和分布式結(jié)構(gòu)的模塊，以實現(xiàn)處理備件方面的低成本。

• 在操作過程中可以修改S7- 400 的分布式I/O配置（在運行中配置）。另外在工作時還可以刪除和插入信號模塊（熱插拔）。這使得很容易擴展系統(tǒng)或出現(xiàn)故障時替換模塊。

• 項目的完整數(shù)據(jù)存儲包括CPU上的符號和注釋，簡化了服務(wù)和維護過程。

• 可以將安全技術(shù)和標準自動化集成到一個單一的S7- 400控制器，可以通過S7- 400的冗余結(jié)構(gòu)增加設(shè)備的可用性。

• S7- 400的許多器件也可用于外部環(huán)境條件SIPLUS版本，例如：擴展溫度范圍（-25+60°C）和在惡劣環(huán)境/冷凝條件下使用。

• S7- 400的高速背板總線確保集中式I/ O模塊的高速通訊。

設(shè)計和功能

模塊化

S7 - 400的一個重要特點是它的模塊化。S7- 400的高速通訊背板總線和允許直接插入CPU集成的DP接口，允許多條通訊線路的高性能運行。例如，把一根總線用于HMI通訊和編程任務(wù)，一根總線用于高性能運動控制，一根總線用于普通I / O現(xiàn)場總線通訊。
此外，也可以實現(xiàn)另外連接到MES-/ERP系統(tǒng)或通過SIMATIC IT連接到互聯(lián)網(wǎng)的需要。根據(jù)任務(wù)情況，可對S7 – 400進行集中擴展或分布式配置。附加設(shè)備和接口模塊也可集中用于此目的。在CPU中集成的PROFIBUS或PROFINET接口上也可實現(xiàn)分布式擴展。如果需要，也可以使用通訊處理器（CP）。

設(shè)計

設(shè)計一個S7 - 400系統(tǒng)基本上包括機架，電源，和中央處理單元。它可以以一個模塊化的方式安裝和擴展。所有的模塊都可以自由地放置在左側(cè)插入的電源旁邊。S7- 400具有無風扇的堅固設(shè)計。信號模塊可以熱插拔。一個多層面的模塊范圍可用于中央擴展以及具有ET200的分布式拓撲結(jié)構(gòu)的簡單配置。
在集中式擴展中，額外安裝機架直接連接到中央控制器。

除了標準的安裝機架，也提供9槽和18槽鋁合金安裝機架。這些鋁機架可以很高地耐受不利環(huán)境條件，緊固耐用，重量輕25％左右。

多值計算

多值計算，也就是在一個S7- 400中央控制器中的幾個CPU的同時操作，為用戶提供不同的益處：

• 可通過多值計算共享的S7 - 400的整體性能。例如，在技術(shù)復雜的任務(wù)中，如開環(huán)控制，可以將計算機或通訊分割和分配給不同的CPU每個CPU分配給自己的，用于此目的本地輸入/輸出。

• 有些任務(wù)也可以從每個多值計算方式中斷開，一個CPU處理關(guān)鍵時間的處理任務(wù)，另一個處理非關(guān)鍵時間的任務(wù)。

在多值計算操作中，所有的CPU的運行行為像一個CPU，也就是說，當一個CPU進入STOP狀態(tài)，其他的也停止。幾個CPU的動作可以通過同步指令選擇性地協(xié)調(diào)調(diào)用。此外，CPU之間的數(shù)據(jù)交換通過高速的全局數(shù)據(jù)通訊機制。

數(shù)據(jù)/程序存儲器

從精細分級的各種CPU中選擇合適的CPU取決于集成工作存儲區(qū)的大小。集成裝載存儲器（RAM）足以滿足中小型企業(yè)方案。對于大型程序，通過插入RAM或FEPROM存儲卡增大裝載內(nèi)存（64 KB到64 MB）。

特殊功能

S7- 400 CPU有一些非常有用的特殊功能：

• 從工程工作站通過網(wǎng)絡(luò)更新固件實現(xiàn)更簡單和快速的升級

• 通過一個系統(tǒng)功能實現(xiàn)額外的寫保護（例如沒有從PC器件下載到CPU）

• 通過讀取存儲卡的序列號獲得保護，因此，保證了程序只與特定的存儲卡一起運行

集成的路由功能允許在不同總線系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)上訪問數(shù)據(jù)記錄，例如控制級PC可以通過S7 -400控制器與連接在PROFINET或者PROFIBUS接口上的現(xiàn)場設(shè)備進行通訊。

SIMATIC S7-400 標準控制器

西門子802D數(shù)控系統(tǒng)銑床及加工中心操作面板

   西門子802D系統(tǒng)是西門子公司在2002年，針對中國大陸市場發(fā)行的一款全簡體中文的數(shù)控系統(tǒng)它以其友好的操作界面強大的數(shù)控加工功能在國內(nèi)數(shù)控機床中占有了非常大的比重西門子802D系統(tǒng)是西門子840D系統(tǒng)的簡化版，擁有大部分840D的數(shù)控功能，窗口式操作界面，極大的方便操作人員的使用，并擁有非常強大的維護、診斷功能。

SIEMENS 802D系統(tǒng)面板

SIEMENS 802D面板介紹