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西门子840Dj数控系统在龙门铣技术改造中的应用
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西门子840D j数控系统在龙门铣技术改造中的应用
徐文310022杭州汽轮机股份有限公司
摘要西门子84 0bi数控系统是基于Pc based CNC系统。针对数控机床在技术改造
过程中，需保留模拟进给／主轴驱动系统和伺服电机情况下， 应用西门子840Di数控
系统在机床改造的方法。
关键词840Di模拟驱动PROFIBUS-DP
CFZ 35—45．09数控龙门铣是一台大型数控加L殴备，由德国SCHIESS公司制造。
机床配置了4个进给轴和『一个主轴，台面x轴的加．L距离9000ram，Y轴的加1i宽度
距离3500ram，滑枕z轴的行程100Dram，横梁w轴的行程3500mm，最人加r高度
4500mm，主轴功率为55kw。该机床的位置检测采用德国HEIDENHAIN直线光栅尺，
驱动系统为西门子6SC 610模拟驱动。机床采用的是西f】子850M数控系统，PLC采用
STEP 5。由丁数控系统运行不稳定，目前已无备什支持，维护成本高，停机时间较长，
影响加丁效率。同时在位置检测系统和驱动系统以及电气控制系统下作正常下，从节约
成本，缩短现场调试周期考虑，仅对数控系统进行更新改造。
2数控系统介绍
2．1 sINUMERlK 840Di数控系统的特点
CNC控制功能与}IMI功能一起都在PC处理器上运行，省略了控制系统中所需的NC
处理单元。这种控制系统包含人量的标准化部什：带接口}的工业PC机．PROFIBUS—DP
现场总线接口．Windows XP操作系统，NC控制软件。
2．2 SlNUMERIK 840Di硬件配置
艏门子840Di系统的便件是以工业Pc机的基础上构成在PCU50，中插入MCI(Analog
Drive Interface For 4 drive)运动控制每以及扩展MCI卡构成。MCI}提供了以F
的接口和功能：
(1)具有运动控制功能的PRoFIBuS—DP接口。
(2)MPI(MULTI—POINT INTERFACE)接口。
(3)与SIMATIC S7 CPU 317一DP兼容的PLC。
(4)内含用丁NCK和PLC特定数据存储的SRAM。
扩展McI}提供了8个快速I／0，．2个测量输入和2个手轮接口。
3数控系统的配置
选用前门子SINUMERlK 840Di数控系统替换原两门子850M数控系统，其
SCHlESS数控龙门铣SINUMERIK 840D1控制系统方框幽如圈1。
(1)smuMERIK 840Di的一个重要特点，就是带有位置控制的PROFIBUS—DP。
由丁保留了原机床的模拟进给伺服驱动希1士轴驱动，田此要求更新的数控系统具有模
拟驱动给定接口。SINUMERIK 840Di是SIMATIC和SIMODRIVE自动化控制环境的
一部分。这是一种j{{了驱动和I／0的统一的现场总线。它允许糍个系统利蹦
PROFIBUS-DP实现分步式配置。通过PROFIBUS．DP总线与西门千四轴模拟驱动接口
ADl4(Analog Drive Interface For 4 drive)相连，将数控输出数字信号转换为模拟信
号，实现对西门于610伺服驱动为模拟驱动的控制。
(2)由于机床电气控制系统保持不变，利用SINUMERIK 840Di PROFIBUS．DP
实现分布I／0控制，分别在电器柜利悬挂站分别设置ET200 I／O从站。
(3)西门子850M的位置反馈是方波信号，ADl4的接收的轴的位置反馈信号同样
是方波信号。因此无需对机床的的海德汉光栅输出信号添加转换装置。
图1 SCHIESS数控龙门铣SINUMERIK 840Di控制系统方框图
4 SOHlESS数控龙门铣slNUMERlK 840Di控制系统的调试
4．1 840Di数控系统硬件组态
硬件组态工具为SIMATIC Manger s7 V 5．3。主要对SINUMERIK 840Di、ADl4和
ET200M分布式I／0进行配置。
(1)ADl4的组态。该机床有4个进给轴和一个土轴，需配置2个ADl4。组态包括
PROFIBUS地址的设置、DP循环周期的设置、位置反馈信号的设置等，SINUMERIK 840Di
CNC数控系统通过MCI卡PROFIBUS—DP总线与两门子四轴模拟驱动接口ADl4
(Analog Drive Interface For 4 drive)进行信息的交换，实现对模拟驱动的控
(2)ET 200M的组态。ET 200M PROFIBUS—DP从站PROFIBUS地址的设置和I／O输
入输出地址确认。
4．2 SINUMERIK 840Di驱动参数的设置
在840Di的机床数据中，土要通过设置以F机床数据，使840Di数控通过具有位
置控制的PROFIB
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西门子840D数控系统在数控13米龙门铣床电气改造中的应用
　　摘要：随着时代的变迁，数控机床在工业中的应用已经越来越广泛，数控系统也是不断的更新换代，数控机床的更新可以极大的提高机床的加工生产效率。因此对老化的数控机床的改造也是非常普遍的现象。本文主要介绍840D数控系统在数控13米龙门铣床电气部分改造中的应用以及对改造后所达到的效果进行了总结。 中国论文网 /2/view-422555.htm　　关键词：840D数控系统 S7-300 伺服驱动系统 伺服电机 　　 　　引言：我车间原有一台德国生产的13米数控龙门铣床，购于上世纪90年代初期。该机床采用西门子840C数控系统配备S5型PLC以及直流电机的模拟驱动控制系统。近些年，由于原数控系统与驱动装置以及元气件都已老化，加工精度降低，设备故障率增高，给维修造成了极大的困难，并且部分电气备件已经停产而买不到。为了保证产品质量，提高工作效率，公司决定对机床进行电气的整体改造。 　　一、数控系统的选择 　　1、为什么选择840D系统控制 　　该机床原有的数控系统为西门子公司的840C数控系统。该系统已经使用了很多年，系统已经出现老化情况，死机情况时有发生。840D数控系统是西门子公司20世纪90年代中期推出的一种全数字化高度开放式数控系统，具有高度模块化及规范化的结构。在现今加工企业中很多数控加工机床都采用该控制系统。而且840D数控系统的控制通道和轴数也较多,可达10个通道,31个进给轴/主轴,每个通道控制12个进给轴/主轴,是一种高性能数控系统。鉴于840D系统的控制性能优于840C系统。因此公司决定选用840D数控系统代替原有的840C数控系统。 　　2、840D控制系统的功能及特点 　　该数控龙门铣床由SP轴(主轴)、X轴(机床工作台)、Y轴(溜板)、Z轴(滑枕)、W轴、W1轴(横梁同步移动)6个轴组成，配有3个附件头。 　　而840D控制系统一般应用在控制功能要求较高的机床上,至少3个连动轴,它的硬件结构更加简单;软件内容更加丰富。西门子840D系统的主要特点为计算机化、控制与驱动接口的数字化。 　　二、电气改造总体方案的设计 　　1、电气柜电气元件的改造与选型 　　该数控龙门铣机床的电气电路较分散,电气柜内电气元件使用时间也较长,老化现象十分严重,并且占用面积大,加之其故障率很高,很大程度的影响机床的加工效率。因此决定整体更换机床电气柜。拆除原电控柜，改造后的电气元件都装在新的电控柜中。 　　2、伺服系统的改造与选型 　　该机床原有的伺服驱动为模拟驱动。改造后的伺服系统选用SIMODRIVE 611D伺服驱动系统。611D伺服驱动系统是数字控制总线驱动的交流伺服驱动，可与西门子数字电机1PH7、1FT6系列伺服电动机配套使用。611D伺服驱动系统分为单轴模块和双轴模块两种，并且功能先进强大，便于使用和维护。 　　3、驱动电机的选择及电机参数 　　机床原有的主轴电机和进给电机均为直流电机。直流电机的故障率较高，且维修费用较高。改造后的主轴电机选用1PH7伺服电机驱动。进给电机选用1FT6系列。1PH7交流伺服电机是强制风冷型鼠笼异步电机。其具有功率密度高,调速范围宽的特点。1FT6全数字交流伺服电机具有低功率消耗,瞬时过载能力强的特点。1PH7和1FT6 　　系列电机都通过独立的风扇单元散热，集成编码器。该系列电机体积小,无碳刷和换向器，基本免维护。因此可以很大程度上降低机床的停工率。电机参数如下： 　　X轴、Y轴、Z轴：1FT-1AB0；额定转矩40Nm，额定转速4500rpm；电机抱闸EBD48,扭矩100/85 Nm，32W，24V DC/1.4A. 　　W轴：1FT-1AB0; 额定转矩110 Nm；额定转速3000 　　电机抱闸型号同上。 　　三、PLC的编程设计 　　1、PLC的功能特点 　　可编程控制器PLC的主要功能为对机床各个机械动作进行逻辑控制和状态检测,建立数控装置、操作部件及外部电气控制系统相互之间的信号联系。 机床原使用的PLC为西门子SIMATIC S5型，是控制系统综合了数字电路，模拟电路，继电回路和计算机技术的小型可编程控制器。840D系统集成S7-300型的PLC，支持的编程语言是STEP 7。S7-300型PLC是模块化的中小型PLC，简单实用的分布式结构，丰富的指令系统，强大的通信能力，使其应用十分灵活，完全能够满足机床控制的需要。 　　2、PLC的程序设计理念 　　此次机床改造保留了原机床PLC程序的设计思想，改造后不改变原有的机床控制逻辑，这对机床的改造很重要。因此将原来的S5 PLC程序重新编制成S7程序。 　　S7-300 PLC的编程软件是STEP 7。根据逻辑功能不同，用户块由组织块(OB)、功能块(FB，FC) 和数据块(DB)构成。OB是系统操作程序与用户应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序的运行。OB1是主循环程序块。数据块DB是用户定义的用于存放数据的存储区。FB块是通过数据块参数而调用的。FC块没有指定的数据块。按照S7的规划，用户程序块放在功能块FC50-FC120范围内，并由OB1统一管理。所以，系统在安装时首先要设计用户程序块。功能块利用语句表STL编程设计之后，下载到整个机床的PLC中去，它与NC之间的数据交换通过双端RAM实现。 　　四、系统的调试 　　在对机床的整体改造都完成后,就要接通电源进行机床的调试。在接通电源之前,一定要认真检查电气柜内以及机床本身所有的接线口，确定是否按改造设计正确接线。并且仔细检查所有地线是否良好的接地。确保一切正常后方可通电。 　　在机床通电后，先让机床空运行，观察机床各部分的运行情况，检查各个油路是否正常，有无漏油现象。检查所有润滑，冷却，液压等处是否正常。然后把机床操作面板上的所有辅助操作按钮都试用一遍。在辅助功能没问题的情况下，再进行机床参数设定的调试。先调整机床基本的机床数据;进而调整有关各个轴的编码器和光栅尺数据，建立全闭环控制;然后检查机床所有电机旋转方向及运行情况是否正常。其次对各个轴的限位开关进行检测，检测限位开关是否正常。接下来检验机床上所有电磁阀得电是否正常；试验主轴定向功能是否正常；主轴分度功能是否正常；主轴变档功能是否正常；主轴松刀卡刀功能是否正常，最后调试各个轴的反向间隙误差。 　　五、改造后的效果 　　德国十三米数控龙门铣床经过技术更新改造后，通过对产品的加工发现其生产加工能力较改造之前有个很大的提高，加工精度也超过了之前的机床。改造后的机床完全能够满足公司的加工使用要求。机床改造后的电器元件少了，电器柜的体积小了。改造后设备的故障率降低了很多，并很大程度上提高了机床的生产效率。这台设备将会为车间以后的加工生产起到更大的作用。 　　 　　 　　参考文献 　　[1] 王洪波.数控机床电气维修技术 北京：电子工业出版社，2007. 　　[2]罗永顺.机床数控化改造实例 北京:机械工业出版社，2009.
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