摘 要:對西門子數(shù)控系統(tǒng)進行了簡要概述,從調(diào)試程序一體化、改進機床類型、升級數(shù)控系統(tǒng)、專業(yè)控制系統(tǒng)的智能化驅(qū)動以及高精端控制數(shù)控模塊等方面,分析了西門子數(shù)控系統(tǒng)在機床改造中的具體應用情況,為今后西門子數(shù)控系統(tǒng)在機床中的創(chuàng)新發(fā)展應用提供了參考。
關鍵詞:西門子;數(shù)控系統(tǒng);機床;應用改造
1 西門子數(shù)控系統(tǒng)
1.1? ? 系統(tǒng)概述
作為集合數(shù)控技術,西門子數(shù)控技術具備系統(tǒng)搜索、數(shù)字控制以及數(shù)控分析等功能,集各種控制功能于一體,可實現(xiàn)對軟件的進一步開發(fā)。同時,西門子數(shù)控系統(tǒng)與自動化程序?qū)崿F(xiàn)了有效融合,保證了界面控制系統(tǒng)與集成化控制系統(tǒng)的有效對接,可以實現(xiàn)做功循環(huán)、溫度控制以及供應補償?shù)裙δ?,屬于新型軟件操作技術。隨著科學技術的快速發(fā)展,西門子控制系統(tǒng)可以保證資源的自動化應用,并劃分不同的操作模塊,在優(yōu)化機械結構的前提下保證軟件的有效開發(fā)。
1.2? ? 主要構成
西門子數(shù)控系統(tǒng)屬于較為完善的控制系統(tǒng),具備開發(fā)與應用功能,且在當前系統(tǒng)數(shù)字化程序逐步創(chuàng)新的基礎上,西門子系統(tǒng)實現(xiàn)了綜合發(fā)展。西門子數(shù)控系統(tǒng)的基本程序,可以分為PLC程序、輪廓、NC程序、信息傳輸界面以及操縱控制等部分,其中輪廓主要通過伺服控制實現(xiàn)做功補償。在數(shù)控機床中,伺服補償技術主要通過運轉(zhuǎn)系統(tǒng)與執(zhí)行系統(tǒng)控制機電組合,通過做功進行控制與轉(zhuǎn)換,提高機床的運行效率。PLC程序與NC程序具備數(shù)字運行功能,可以傳達與執(zhí)行產(chǎn)品傳輸與加工的基本命令,在機床改造過程中占據(jù)十分重要的地位,屬于控制模塊。在綜合控制環(huán)節(jié)中,工作人員應保證傳統(tǒng)機床控制系統(tǒng)與數(shù)字化系統(tǒng)的有效對接,充分發(fā)揮西門子數(shù)控系統(tǒng)的作用。信息傳輸界面可以通過顯示屏發(fā)揮作用,在滿足客戶基本需求的基礎上充分發(fā)揮數(shù)字化系統(tǒng)的實際作用,保障機床運行效率。
2 西門子數(shù)控系統(tǒng)在機床改造中的具體應用
作為新型的數(shù)字化控制系統(tǒng),西門子數(shù)控系統(tǒng)升級了相關結構,可以保證其自然流暢的運行,在融合傳統(tǒng)程序與新程序的前提下,充分發(fā)揮其在現(xiàn)代數(shù)控機床控制中的作用。
2.1? ? 調(diào)試程序一體化
作為數(shù)控機床生產(chǎn)中的基礎環(huán)節(jié),機床調(diào)試十分關鍵。西門子數(shù)控系統(tǒng)運行期間應用了數(shù)字化控制程序,為了更好地適應現(xiàn)代機床的控制模式,應兼容機床控制結構與數(shù)控系統(tǒng)結構,嚴格控制做功功率。比如,在現(xiàn)代數(shù)控機床改造過程中,西門子系統(tǒng)可以綜合對接傳統(tǒng)機床與NC程序,保證程序的調(diào)試效果,且在調(diào)試期間可以及時根據(jù)故障問題改造兼容性較低的數(shù)控結構,確保機床系統(tǒng)運行的通暢性。
2.2? ? 改進機床類型
傳統(tǒng)機床結構簡單,且操作環(huán)節(jié)較少,工藝技術結構并不復雜,降低了運行成本。但傳統(tǒng)機床的運行效率較低,產(chǎn)品加工方面存在較多漏洞,無法保證運行質(zhì)量,不能滿足現(xiàn)代市場的商品需求。對此,工作人員應全面深化改革現(xiàn)代機床應用技術,綜合西門子控制技術與現(xiàn)代系統(tǒng)技術,結合傳統(tǒng)數(shù)字化系統(tǒng)的運行模式,升級改革系統(tǒng)內(nèi)部資源。比如,在現(xiàn)代新型加工技術中,西門子系統(tǒng)具備更高的伺服做功速率,在改進現(xiàn)代數(shù)控機床技術后,可以保證西門子數(shù)字化系統(tǒng)與新型機床控制有效對接,優(yōu)化創(chuàng)新現(xiàn)代機床的控制技術,完善機床系統(tǒng)運行結構,促進現(xiàn)代數(shù)控技術的綜合發(fā)展。
2.3? ? 升級數(shù)控系統(tǒng)
在現(xiàn)代機床控制系統(tǒng)中,西門子系統(tǒng)應保證全面升級,并優(yōu)化創(chuàng)新新型的數(shù)控結構,保證對接程序系統(tǒng)的良性建立。PLC程序與NC編程均屬于現(xiàn)代西門子數(shù)控系統(tǒng)數(shù)字控制技術的組成部分,在PLC系統(tǒng)中可以引入虛擬數(shù)據(jù)平臺,保證融合擴展系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源,實現(xiàn)模塊化安裝,進一步強化傳統(tǒng)機床的自動化運行水平。比如,現(xiàn)代數(shù)控機床的常見輸入點與切換點已經(jīng)由之前的2 000個增加至2 048個,明顯提高了PLC程序自動化控制系統(tǒng)的綜合應用效率,完善了自動化控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)的資源結構。同時,在數(shù)控機床改造過程中,升級NC編程技術也至關重要,比如在運行NC編程系統(tǒng)時,若采用智能化C語言編碼技術,可以升級優(yōu)化現(xiàn)代控制系統(tǒng)的運行情況,確保系統(tǒng)運行資源數(shù)字運算算法與編程控制工作的協(xié)調(diào)性。除此之外,NC編程系統(tǒng)也具備一定的輔助功能,工作人員應根據(jù)系統(tǒng)不同的運行情況合理選擇操作結構,保證控制效果,為此后機床運行做功補償工作打下良好基礎。為了進一步完善機床的運行結構,工作人員還應改變傳統(tǒng)機床的運行控制模式,保證數(shù)字做功效率,合理對接機床做功數(shù)字化系統(tǒng)。
2.4? ? 專業(yè)控制系統(tǒng)的智能化驅(qū)動
在現(xiàn)代數(shù)控機床的控制工作中,西門子系統(tǒng)具有十分重要的作用,可以智能化驅(qū)動數(shù)控機床控制系統(tǒng)與專業(yè)制造系統(tǒng)。比如,可編程模塊、人機對話結構、數(shù)字控制器等均屬于西門子系統(tǒng)的關鍵組成部分,具備良好的控制效果。為了保證現(xiàn)代機床系統(tǒng)的智能化分配,相關工作人員應模塊分層化控制專業(yè)的操作系統(tǒng),根據(jù)不同的數(shù)字化控制模塊運行情況,相互關聯(lián)新系統(tǒng)與雙向控制系統(tǒng)。比如,現(xiàn)代控制系統(tǒng)中應用西門子技術可以實現(xiàn)原系統(tǒng)的優(yōu)化與改革,保證發(fā)揮不同的控制作用,完善現(xiàn)代系統(tǒng)結構。人工操作系統(tǒng)、質(zhì)量檢驗系統(tǒng)以及產(chǎn)品加工系統(tǒng)等均屬于現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的組成部分,機床中引入新型智能模塊化管理技術,可以保證機床同時運行不同的工作系統(tǒng),拓展完善現(xiàn)代資源的供應結構,提高了系統(tǒng)的工作效率。同時,西門子系統(tǒng)還可以進行模塊化智能管理,提高了機床的生產(chǎn)性能。在實際生產(chǎn)過程中,某一生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)操作故障時,控制人員僅需要修理故障模塊,降低了維修成本,提高了現(xiàn)代數(shù)控機床的一體化管理水平。
2.5? ? 高精端控制數(shù)控模塊
為了高精端控制現(xiàn)代機床逐步完善運行結構,工作人員應在機床改造環(huán)節(jié)中合理使用西門子數(shù)控技術。新型西門子數(shù)控系統(tǒng)包括828D、840D等軟件控制系統(tǒng),可以實現(xiàn)數(shù)字化控制、遠程診斷以及遠程驅(qū)動控制等功能,通過合理融合不同模塊系統(tǒng),機床可以實現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化加工,保障了現(xiàn)代系統(tǒng)模塊的綜合性拓展。比如,西門子數(shù)控系統(tǒng)中的遠程控制系統(tǒng)具備加工、生產(chǎn)以及檢驗產(chǎn)品的功能,將更完善的智能檢驗系統(tǒng)應用于數(shù)控檢驗結構中,工作人員可以利用遠程控制界面檢查機床的實際運行狀態(tài),完成綜合性檢驗。除此之外,在高精端遠程控制系統(tǒng)中,相互融合遠程控制與系統(tǒng)程序可以保證系統(tǒng)的綜合性應用,實現(xiàn)自動化檢驗,在自動設定調(diào)試時間的基礎上,自動更新數(shù)字化系統(tǒng)。由此看出,機床改造過程中應用西門子系統(tǒng)可以明顯增強數(shù)字機床的應用效果,為機床技術的創(chuàng)新改造提供了更多依據(jù)。
3 西門子數(shù)控系統(tǒng)在機床中的應用案例
本文以某臺機床的數(shù)控系統(tǒng)改造為例,詳細介紹西門子數(shù)控系統(tǒng)的應用改造方案。
3.1? ? 改造方案
(1)針對數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動部分,引入了SINUERIK 828D數(shù)控系統(tǒng),此系統(tǒng)基于SIMATICS7-200的PLC構架,使用“Programming Tool PLC 828”軟件編輯診斷的PLC程序,其核心部件為PCU,集成通信與PLC人機界面,簡化了安裝流程,可靠性明顯得到提升。在邏輯設計期間引入了標準的PLC編程語言,可以隨機提供標準的PLC實例程序,縮短了設計周期,保證了設計工作的合理進行。
(2)機械部分,某機床具備良好的機械應用性能,無需進行大規(guī)模修復。但系統(tǒng)采用了電動卡盤,夾緊效果較差,實際應用期間應對其進行更換,將電動卡盤改為手動卡盤。
(3)電氣部分,原機床具備復雜的電氣結構,在引入西門子828D系統(tǒng)后,控制線路得到明顯簡化,提高了線路穩(wěn)定性。實際改進期間,工作人員應拆除大部分無用連接線,僅保留部分輸出與輸入控制信號,包括限位控制信號以及刀架控制信號等。原控制信號為負極性時,應將其改造為正極性輸出與輸入信號。同時,應準備兩臺24 V電源盒,一臺為輸入與輸出系統(tǒng)提供電源,另一臺為主機供電。除此之外,原驅(qū)動控制線采用九針插頭,運行期間較易出現(xiàn)故障,應及時將其改造為符合西門子要求的15針插頭。
3.2? ? 改造措施及內(nèi)容
(1)改造后,工作人員應根據(jù)調(diào)試手冊做好硬件設施的連接工作,仔細檢查調(diào)試,確保連接無誤。
(2)合理設定電氣配置基本參數(shù),在調(diào)試NC系統(tǒng)時包括設定基本參數(shù)與系統(tǒng)初始化兩部分,其中基本參數(shù)包括齒輪傳動比、坐標加速度及速度、位置控制以及回參考點等方面。系統(tǒng)在引入西門子828D系統(tǒng)后,PLC系統(tǒng)操作更為簡便靈活,系統(tǒng)采用了梯形圖編制程序,在CD盤工具盒中設置文件庫系統(tǒng),為銑床與車床編制了靈活可行的編程實例。此次主要針對標準機床進行改造,根據(jù)子程序的實際運行情況定義不同功能,包括急停處理、各坐標軸控制、潤滑控制、冷卻控制以及系統(tǒng)初始化等。
(3)注意改造細節(jié),工作人員在系統(tǒng)首次上電調(diào)試期間應設定必要的PLC機床數(shù)據(jù),明確機床的基本類型與系統(tǒng)參數(shù),調(diào)試期間驅(qū)動器若沒有就緒,可以將PLC機床參數(shù)0設定為1,以保證在系統(tǒng)退出時機床能急停。在完成驅(qū)動器調(diào)試工作后,還應將參數(shù)重新設定為0。在使用雙極性主軸時,無需定義Q0.0與Q0.1。當使用單極性主軸時,應在PLC程序中去除Q0.0與Q0.1,以免損壞系統(tǒng)。除此之外,PLC程序涉及銑床與車床的邏輯定位關系時,應結合實際運行情況進行適當調(diào)整,保證運行效果。
3.3? ? 系統(tǒng)調(diào)試
(1)系統(tǒng)上電,工作人員應仔細檢查接線情況,保證連接無誤,以免損壞模塊。(2)設置參數(shù),在完成系統(tǒng)啟動工作后,出現(xiàn)700 000用戶報警號時,可以將PLC參數(shù)MD14510[0]設定為1,保證車床的正常運行。在重新啟動系統(tǒng)后,若出現(xiàn)多用戶報警情況時,設置PLC參數(shù)MD14510[10]=17、MD14510[11]=
23、MD14510[14]=21、MD14510[15]=19、MD14512[0]=AFH、MD14512[1]=1H、MD14512[2]=B0H、MD14512[5]=2H、MD14512[7]=5H等,以及時消除報警問題。
(2)設置坐標參數(shù),機床系統(tǒng)X軸與Z軸保持一致的配置參數(shù),而X軸不帶有抱閘,Z軸帶有抱閘,根據(jù)系統(tǒng)的運行情況設置PLC程序。比如,在設置X軸參數(shù)時,工作人員應及時根據(jù)調(diào)試情況進行調(diào)整,保證機電設備的良性運行。PLC系統(tǒng)控制坐標運動,準確判斷外部信號的實際運行情況,當符合條件時,X軸可以正常運行。為了保證系統(tǒng)的安全運行,工作人員還應設定軟限位,根據(jù)工作的實際情況設定參數(shù)MD36100、MD36120以及MD36110、MD36130,在回參考點后,軟限位才可以生效。
(3)設置主軸參數(shù),此機床主軸安裝了編碼器,工作人員應合理設定參數(shù),以保證主軸處于點動運行模式。
(4)設置參考點參數(shù),為了保證系統(tǒng)精準識別機床零點,系統(tǒng)應同步測量主軸系統(tǒng),回參考點。828D系統(tǒng)主要在參考點的基礎上設定基本功能,包括LEC補償、MDA方式等方面,回到參考點后才可以進行操作。同時,機床帶有減速開關,零脈沖在減速開關前,機床應根據(jù)方向鍵設定每個軸向參考點,并注意避免碰撞。
(5)補償,加工工件時,力傳遞與測量系統(tǒng)會產(chǎn)生差錯,加工輪廓偏離預期的幾何曲線,降低了機床的加工精確度,且受機械力與溫差的影響,大型工件的加工也會影響精度,此時可以進行運行補償,包括自動漂移補償、背隙補償以及螺補等。
(6)調(diào)試驅(qū)動器,主要包括升級固件以及電源配置等方面,驅(qū)動器電源與電機模塊指示燈應保證2 Hz的頻率,交替顯示紅綠燈,且828D分配軸應采用Startup-too自動軟件進行設定。
(7)NC調(diào)試,在HMI上集成先進的伺服優(yōu)化軟件,自動設定速度環(huán)與位置環(huán),保證各軸的獨立運行。
3.4? ? 改造效果
該機床經(jīng)過改造后,機床操控性與可靠性得到明顯提升,降低了投資成本,為企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟效益。
4 結語
西門子數(shù)控系統(tǒng)引入了先進的數(shù)字控制模式,可以保證系統(tǒng)運行的精確化與標準化。西門子數(shù)控系統(tǒng)為機床控制工作的順利進行提供了更為高效的保障,為未來數(shù)字化機床的發(fā)展與應用提供了更多依據(jù)。比如,現(xiàn)代機床在引入西門子技術后可以隨機轉(zhuǎn)變數(shù)字可控程序,融合檢驗系統(tǒng)與機床加工系統(tǒng),保證產(chǎn)品安裝與機床加工的一體化,為未來數(shù)字化機床的創(chuàng)新發(fā)展提供了無限可能。
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收稿日期:2019-12-27
作者簡介:張愛雙(1972—),男,河北唐山人,助理工程師,研究方向:機電一體化、西門子數(shù)控機床等。