1引言： C61160是我廠60年代初引進(jìn)的具有數(shù)顯功能的大型臥式車床，主要用于對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子零部件進(jìn)行粗加工。由于電力電子器件的飛速發(fā)展和技術(shù)的不斷更新，該設(shè)備不能適應(yīng)工廠產(chǎn)品系列化、快速化發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。其具體表現(xiàn)為：原有設(shè)備采用的是繼電器邏輯控制，線路老化嚴(yán)重，故障頻繁；且許多主要電器元件現(xiàn)已經(jīng)淘汰，備件購買困難而且周期長，不易維護(hù)；手動人為操作，不能實現(xiàn)加工程序控制的運行實現(xiàn)資源的共享目標(biāo)。因此，為了合理整合利用工廠資源，實現(xiàn)我廠裝備數(shù)字化發(fā)展的目標(biāo)，經(jīng)論證提出了對該臥式車床進(jìn)行全面的電氣和機(jī)械改造。以適應(yīng)核電轉(zhuǎn)子的發(fā)展 2機(jī)床的結(jié)構(gòu)和特點 C61160由床頭箱、刀架、尾座、閉式中心架構(gòu)成機(jī)床的主體。冷卻裝置、液壓裝置、油溫控制等作為機(jī)床的輔助設(shè)備。 改造前該設(shè)備采用的是繼電器控制方式：主軸的變速通過機(jī)械換檔實現(xiàn)；刀架由大拖板、中拖板、小拖板構(gòu)成，大拖板的運動可以通過大拖板電機(jī)和主軸帶動光桿兩種方式實現(xiàn)，中拖板的運動是通過中拖板電機(jī)實現(xiàn)的，小拖板是通過機(jī)械齒輪手動旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)，刀架位置檢測是通過安裝數(shù)顯表確定。尾座和頂針的運動分別有兩個電機(jī)拖動。 3設(shè)計方案提出： 為了保證機(jī)床能實現(xiàn)粗加工和精加工，不改變原有操作方式的情況下，提出了如下改造方案：1主軸伺服（CT）驅(qū)動控制。2刀架大拖板、中拖板改為滾珠絲杠傳動，采用數(shù)字軸控制。3取消小拖板。4原機(jī)床的所有動作控制由原繼電器電路控制改為PLC控制。 在滿足以上條件的要求下，選用了西門子的802D數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)是西門子公司近年來推出的數(shù)字化數(shù)控系統(tǒng)，它的車床版標(biāo)準(zhǔn)配置中帶了一塊PP72/48模板，可以實現(xiàn)72點輸入和48點輸出的PLC控制，同時驅(qū)動模塊為兩個單軸功率模塊，可以帶兩個線性軸和一個模擬主軸，在伺服電機(jī)中內(nèi)置了速度反饋和位移反饋傳感器可以和主機(jī)一起形成一個半閉環(huán)控制系統(tǒng)從而能達(dá)到很高的機(jī)床精度。而且價格適中，具有很高的性價比，可以很好的滿足設(shè)備數(shù)控改造的要求。 4硬件的配置與連接： 由于C61160車床在對核電轉(zhuǎn)子進(jìn)行精加工，因此采用了1套802D數(shù)控系統(tǒng)分別控制刀架的運動。機(jī)床其他所有動作控制則全部由802D數(shù)控系統(tǒng)自帶的PLC控制單元來控制。采用802D系統(tǒng)的主要硬件配置為： 1、PCU主機(jī) 1塊 2、全功能豎直鍵盤 1塊 3、PP72/48模板 2塊 4、611UE驅(qū)動電源 1塊 5、611UE雙軸閉環(huán)控制單元 2 塊 6、611UE單軸功率模塊 2塊 7、1FK6電機(jī) 2個 8、外接2500P/旋轉(zhuǎn)編碼器 1個 9、連接電纜和PROFIBUS數(shù)據(jù)總線 若干 10光柵尺 2根 9主軸伺服驅(qū)動（M420R） 1個 10 手輪 1個 4.1 SITOP電源和電源饋入模塊 SITOP電源為PCU模塊和輸入輸出模塊（PP72/48）提供穩(wěn)定的直流電源。伺服電源饋入模塊主要為功率模塊和611UE模塊提供控制和動力電源，產(chǎn)生母線電壓，同時監(jiān)測功率模塊的狀態(tài)。根據(jù)所選電機(jī)的總?cè)萘縼泶_定電源饋入模塊功率的大小，選用帶有饋入裝置的電源模塊I/RF系列。伺服電源饋入模塊能否給611UE驅(qū)動模塊供電決定于它的脈沖使能信號（端子63與9），控制器使能信號（端子64與9），內(nèi)部接觸器使能信號（端子48與112），這些使能信號通斷都是通過PLC程序來控制實現(xiàn)的。其上電順序是，內(nèi)部接觸器使能信號，脈沖使能信號，控制器使能信號。 4.2 人機(jī)界面 人機(jī)界面主要用于圖形的顯示，數(shù)字與符號的輸入等。其中包括操作面板（MCP），NC鍵盤，液晶顯示屏三部分。根據(jù)該機(jī)床的特點，選用一種與802SMCP相同的機(jī)床操作面板，MCP背后的兩個50芯扁平電纜插座可以通過扁平電纜與PP模塊的插座連接。NC鍵盤通過 SIEMENS 公司提供的專用電纜跟PCU的X10連接。液晶顯示屏與PCU板集成為一體。 三者之間的通信方式是這樣的：PCU接口X4與P72/48通過PROFIBUS總線連接，PCU1接口X8與P72/48接口X1跟SITOP電源相連，SITOP電源為它們工作提供恒定電源。 4.3 PCU數(shù)控單元 PCU數(shù)控單元是CNC控制部件的核心，根據(jù)NC和PLC存儲容量的不同，該機(jī)床選用PCU50列。PCU數(shù)控單元包含NC CPU和PLC CPU，它通過PROFIBUS總線連接，實現(xiàn)了對伺服電源模塊的控制，主軸伺服驅(qū)動裝置控制，進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置等的控制。 4.4 驅(qū)動系統(tǒng)和伺服電機(jī) SIMODRIVE611UE配備PROFIBUS接口模塊用于速度環(huán)和電流環(huán)控制。伺服電機(jī)采用1FK6系列，編碼器為1VPP正弦波。802D的位置環(huán)控制由PCU完成。SIMODRIVE611UE控制模塊均為雙軸模塊，可根據(jù)PROFIBUS的配置作為單軸模塊使用，并且可以在同一個模塊上設(shè)定一個疊加軸（模擬主軸）。SIMODRIVE 611 UE 的模擬輸出接口X441用于輸出主軸速度給定（±10V），而SIMODRIVE 611 UE上的數(shù)字輸出接口可用于模擬主軸的正、反轉(zhuǎn)使能控制。WSG接口X472用于連接主軸編碼器（TTL）作為速度反饋。 5 軟件設(shè)計 SINUMERIK 802D的軟件設(shè)計就是處理NCK和MCP之間，NCK和PLC之間，PLC與MCP之間的接口信號，NC的參數(shù)配置（包括各種補(bǔ)償）以及PLC報警文本。NCK、PLC和MCP之間既相互獨立，各自負(fù)責(zé)一部分功能；又相互聯(lián)系，彼此交換信息。 5.1 通訊電纜和PROFIBUS配置 在調(diào)試802D數(shù)控系統(tǒng)或611UE驅(qū)動器時個人計算機(jī)是必不可少的工具.RS-232通訊電纜是連接兩者的唯一途徑.因此保證通訊電纜接線方式正確是非常重要的,RS-232通訊電纜用于PLC編程和611UE驅(qū)動器連接。 SINUMERIK 802D是基于PROFIBUS總線的數(shù)控系統(tǒng)，輸入輸出信號是通過PROFIBUS傳送的，位置調(diào)節(jié)（速度給定和位置反饋信號）也是通過PROFIBUS完成的，因此PROFIBUS的配置是非常重要的。在設(shè)計過程中利用一個數(shù)字坐標(biāo)軸來攜帶主軸給定和反饋的方法實現(xiàn)對主軸的控制，攜帶軸必須是611UE模塊的A通道。PROFIBUS地址必須是12或10，由于選用的是單軸模塊所以PROFIBUS的地址是10。 5.2 PLC的調(diào)試 一般情況下，在802D的各個部件連接完畢后，則需開始調(diào)試PLC的控制邏輯。至關(guān)重要的是必須在所有有關(guān)PLC的安全功能全部準(zhǔn)備后才能開始調(diào)試驅(qū)動裝置。 5.2.1PLC應(yīng)用程序 創(chuàng)建一個802D的PLC應(yīng)用程序非常簡單。本次設(shè)計是按照西門子802D標(biāo)準(zhǔn)配置，可以根據(jù)系統(tǒng)工具盤中提供的PLC應(yīng)用程序?qū)嵗ㄜ嚧舶妫┖妥映绦驇欤?選用合適的子程序。在使用PLC實例程序或子程序庫，必須使用系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)車床和銑床初始化文件（用二進(jìn)制格式將工具盒內(nèi)的初始化文件利用PCIN軟件下載到802D中，文件路徑：Date\Setup\setup_t.ini）。 802D最多允許64個子程序，其中子程序0到子程序31為用戶預(yù)留，子程序32到子程序63為子程序庫占用。用戶可以根據(jù)實際情況在子程序32到子程序63之間選用自己需要得程序，并且修改相關(guān)參數(shù)。其中下列子程序在設(shè)計中被調(diào)用并修改輸入輸出部分地址 5.2.2PLC用戶報警 PLC報警是非常有效的診斷手段之一。例如某一操作是PLC邏輯所禁止的，或者某一輸出條件摸有滿足，這時如果激活相應(yīng)的報捷，操作人員或者維修人員可馬上得知其操作錯誤或硬件有故障的原因。 6 驅(qū)動器的調(diào)試 只有在所有安全功能全部生效后，如PLC控制的急停、硬件限位和電源饋入模塊的使能等邏輯，才能進(jìn)行驅(qū)動器的調(diào)試。驅(qū)動器的調(diào)試和優(yōu)化借助于工具盤上提供的工具軟件SIMOSOMU來完成，啟動SIMOSOMU軟件夠，首先進(jìn)行參數(shù)配置，即電機(jī)的選型，PROFIBUS地址。在電源饋入模塊使能端子全部閉合后，將坐標(biāo)軸移動到適中位置，然后通過SIMOSOMU軟件進(jìn)入PC機(jī)控制狀態(tài)（位置開環(huán)），即可進(jìn)行速度環(huán)和電流環(huán)的參數(shù)優(yōu)化。 7 NC調(diào)試 7.1裝初始文件 在制造商口令下，通過工具盒中的通訊軟件PCIN，下載初始文件（Setup_T.ini） 7.2 通用機(jī)床數(shù)據(jù)（MD10000¬—MD18999） 通用機(jī)床數(shù)據(jù)主要用于對機(jī)床坐標(biāo)軸的定義、PLC運行時間的設(shè)定與監(jiān)控、用戶數(shù)據(jù)自定義參數(shù)的設(shè)定等。 MD10000[0]=X //機(jī)床坐標(biāo)軸名X軸 MD10000[1]=Z //機(jī)床坐標(biāo)軸名Z軸 MD10000[2]=SP //機(jī)床坐標(biāo)軸名SP軸 MD11240 =6 //PROFIBUS現(xiàn)場總線的配置 7.3 基本通道類機(jī)床數(shù)據(jù)（MD20000—MD28999） 基本通道類機(jī)床數(shù)據(jù)主要用于通道的設(shè)定、幾何坐標(biāo)軸的設(shè)定和選用、G功能的選用等。 MD20000=C61160 //通道名 MD20050[1]=5 //設(shè)定機(jī)床所用幾何軸號為5 MD20050[2]=2 //設(shè)定機(jī)床所用幾何軸號為2 MD20080[0]=X //設(shè)定通道內(nèi)該機(jī)床編程用的軸名 MD20080[1]=Z //設(shè)定通道內(nèi)該機(jī)床編程用的軸名 MD20080[2]=SP //設(shè)定通道內(nèi)該機(jī)床編程用的軸名 7.4軸類機(jī)床數(shù)據(jù)（MD30000—MD38999） 軸類機(jī)床數(shù)據(jù)是對機(jī)床坐標(biāo)各通道軸速度大小、方向和定位， 數(shù)控機(jī)床保護(hù)，誤差補(bǔ)償?shù)葏?shù)設(shè)定。 MD30110[0 AX1]=5 //定義速度給定端口軸號5 MD30220[0 AX1]=5 //定義反饋端口軸號5 MD30130[0 AX1]=1 //控制給定輸出類型為1 設(shè)定值輸出有效 MD30240[0 AX1]=1 //編碼器反饋類型為1 X軸編碼器為原信號發(fā)生器，高分辨率 MD31000[0 AX1]=1 //直接測量系統(tǒng) X軸為光柵尺 MD32000[AX1]=3000mm/min // X<