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一． 數(shù)控系統(tǒng)介紹
西門子840D數(shù)控系統(tǒng)是上世紀(jì)九十年代末推出的高性能數(shù)控系統(tǒng)，也是西門子最長(zhǎng)壽命的數(shù)控系統(tǒng)，它繼承了前兩代數(shù)控系統(tǒng)880和840C的三CPU結(jié)構(gòu)：數(shù)字控制單元核心（NCK_CPU），人機(jī)界面CPU（PCU20,MMC103,PCU50/70），可編程邏輯控制器CPU（S7-300系列）。三個(gè)CPU在功能各自有側(cè)重點(diǎn)，相互分工，但是互為支持，通過(guò)系統(tǒng)總線通訊，數(shù)據(jù)在線高速交換。
相對(duì)前幾代系統(tǒng)，840D具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：全數(shù)字化驅(qū)動(dòng)，控制軸數(shù)量最大31個(gè)軸，軟硬件可升級(jí)，軟件內(nèi)容豐富、功能強(qiáng)大，加工模擬，遠(yuǎn)程診斷，保護(hù)功能，硬件高度集成，模塊化，維護(hù)方便。
二． 系統(tǒng)配置說(shuō)明
機(jī)床實(shí)際上由三臺(tái)機(jī)床組成，主機(jī)部分是一臺(tái)鏜床，鏜桿直徑Φ200mm，第二部分是一臺(tái)專用四軸銑床，第三部分就是工件分度單元。機(jī)床具有13個(gè)數(shù)控伺服軸，其中5個(gè)伺服主軸，8個(gè)進(jìn)給軸，采用雙通道和雙方式組來(lái)分別控制主機(jī)和四軸銑，在控制上為獨(dú)立的，主機(jī)和四軸銑可以獨(dú)立工作也可以同時(shí)工作。機(jī)床改造后數(shù)控系統(tǒng)硬件配置如下：
1. 數(shù)控單元NCU
NCU是840D數(shù)控系統(tǒng)的控制核心和信息處理中心，它包括各軸所有插補(bǔ)，軌跡運(yùn)算和控制，集成了高性能的PLC，本項(xiàng)目NCU硬件版本為NCU573.5，TOOLBOX軟件版本6.5，PLC（機(jī)床邏輯運(yùn)算控制器）采用S7-300(CPU317-2DP 128K)系列的高性能邏輯控制器。
2. 人機(jī)界面處理單元PCU50
PCU單元是西門子配合最新的操作面板而開發(fā)的MMC模塊，MMC-CPU的主要作用是完成機(jī)床與外界及與PLC和NCK之間的通訊，自帶大容量硬盤，用來(lái)存儲(chǔ)用戶加工程序和系統(tǒng)軟件以及HMI等加工軟件和備份機(jī)床數(shù)據(jù)等，本次機(jī)床改造使用PCU50（CPU1.2GHz，256MB RAM）配置了兩臺(tái)。
3. 機(jī)床顯示操作面板OP015A
OP015A顯示單元主要作用是顯示機(jī)床數(shù)據(jù)以及各軸位置，提供人機(jī)界面，顯示加工程序，程序模擬、報(bào)警和修改參數(shù)、程序等操作。本次機(jī)床改造配置了兩臺(tái)OP015A。
4. 機(jī)床控制面板MCP
MCP機(jī)床控制面板的主要作用是完成機(jī)床各個(gè)伺服軸在不同方式下的運(yùn)動(dòng)的操作，它是數(shù)控機(jī)床操作控制的核心操作單元。本次機(jī)床改造配置了兩臺(tái)MCP，分別用來(lái)操作鏜床主機(jī)部分和四軸銑部分。
5. 電源模塊I/RF
電源模塊是為后面的伺服軸驅(qū)動(dòng)模塊提供充足電力的，它的功率大小由后面軸驅(qū)動(dòng)模塊的功率來(lái)決定，由于該機(jī)床軸數(shù)較多，主軸功率達(dá)到100KW，四軸銑的四個(gè)主軸分別為兩個(gè)12KW和兩個(gè)17KW，所以通過(guò)計(jì)算選擇了兩個(gè)120KW電源模塊供電。
6. 主軸和進(jìn)給電機(jī)
主機(jī)鏜床部分，第一通道軸：X1/Y1/Z1/W1/U1/A1/SP1；
四軸銑，第二通道軸：X2/Z2/SP2/SP3/SP4/SP5
電機(jī)軸名稱 | 型號(hào)（訂貨號(hào)） | 型號(hào)規(guī)格說(shuō)明 |
主機(jī)鏜床，第一通道軸：X1/Y1/Z1/W1/U1/A1/SP1 | ||
主軸電機(jī) | 1PH7224-2NF23-0AC0 | 100KW，額定轉(zhuǎn)速1500 rpm/min，最高轉(zhuǎn)速4500 rpm/min，IM B35，固定鍵，全鍵，IP55 |
X1軸電機(jī) | 1FT6134-6SC71-1AA0 | 扭矩125Nm，額定轉(zhuǎn)速2000 rpm/min，IM B5，鍵連接，IP64，強(qiáng)制風(fēng)冷 |
Y1軸電機(jī) | 1FT6134-6SC71-1AH0 | 扭矩125Nm，額定轉(zhuǎn)速2000 rpm/min，IM B5，光軸帶抱閘，IP64，強(qiáng)制風(fēng)冷 |
Z1軸電機(jī) | 1FT6105-8AB71-1AG0 | 扭矩41.5Nm，額定轉(zhuǎn)速1500 rpm/min，IM B5，光軸，IP64 |
W1軸電機(jī) | 1FT6105-8AB71-1AG0 | 扭矩41.5Nm，額定轉(zhuǎn)速1500 rpm/min，IM B5，光軸，IP64 |
U1軸電機(jī) | 1FT6134-6SC71-1AG0 | 扭矩125Nm，額定轉(zhuǎn)速2000 rpm/min，IM B5，光軸，IP64，強(qiáng)制風(fēng)冷 |
A1軸電機(jī) | 1FT6136-6AB71-1AH0 | 扭矩125Nm，額定轉(zhuǎn)速1500 rpm/min，IM B5，鍵連接軸帶抱閘，IP64，強(qiáng)制風(fēng)冷 |
四軸銑，第二通道軸：X2/Z2/SP2/SP3/SP4/SP5 | ||
X2軸電機(jī) | 1FT6134-6AB71-1AG0 | 扭矩75Nm，額定轉(zhuǎn)速1500 rpm/min，IM B5，光軸，IP64 |
Z2軸電機(jī) | 1FT6108-8AC71-1AG0 | 扭矩55Nm，額定轉(zhuǎn)速2000 rpm/min，IM B5，光軸，IP64 |
SP2-SP3主軸 | 1PH7137-2ND02-0BC0 | 12KW額定轉(zhuǎn)速1500 rpm/min，最高轉(zhuǎn)速4500 rpm/min，IM B5，固定鍵，全鍵，IP55 |
SP3-SP4主軸 | 1PH7133-2ND02-0BC0 | 12KW額定轉(zhuǎn)速1500 rpm/min，最高轉(zhuǎn)速4500 rpm/min，IM B5，固定鍵，全鍵，IP55 |
由于原數(shù)控系統(tǒng)也是西門子的，以前使用直流伺服電機(jī)，現(xiàn)在使用的是交流伺服電機(jī)，所以在電機(jī)匹配上沒有任何問(wèn)題，在轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速都高于原電機(jī)的基礎(chǔ)上，其它保持了一致性，除了X1軸重新制作了進(jìn)給箱外，其它都保留了。
7.遠(yuǎn)程站ET200M
由于該設(shè)備很大，輸入輸出點(diǎn)多且分布廣，為了更好的集中管理與控制，所以我采用了三個(gè)遠(yuǎn)程站來(lái)采集信號(hào)，主機(jī)鏜床部分，主軸箱上的信號(hào)最多且比較集中，所以第一個(gè)就安裝在主軸箱上，其次就是四軸銑床的上滑座上，最后一個(gè)安裝在工件分度單元的電柜內(nèi)，用來(lái)采集和控制工件支撐架部分的信號(hào)。遠(yuǎn)程子站的使用使布線更加合理方便，布線量也減少很多，所以我們以后遇到信號(hào)比較多的大型設(shè)備改造應(yīng)該采用遠(yuǎn)程站來(lái)解決信號(hào)輸入問(wèn)題，這樣做使我們的思路更清晰，調(diào)試起來(lái)也很方便。
三． 硬件連接與設(shè)置
查閱西門子資料，連接在OPI總線（1.5Mbaud）上的設(shè)備地址是有要求的，最高地址為：0～31之間。遵守此原則來(lái)設(shè)置硬件撥碼開關(guān)，設(shè)置自己想分配的地址。
1. MCP_1為第一個(gè)機(jī)床控制面板，撥碼開關(guān)（默認(rèn)值）：10101101，從左至右順序1～8位，其中4～7位代表OPI/MPI地址設(shè)置：0110，地址為：6；
2. MCP_2為第二個(gè)機(jī)床控制面板，為了不和上面的地址沖突，重新設(shè)置其地址改為：8，那么其中4～7位代表OPI/MPI地址改設(shè)置為：10110001；
3. MMC_1為第一個(gè)PCU50，西門子資料上提到過(guò)，默認(rèn)地址為：1，由于本項(xiàng)目有兩個(gè)PCU50，所以必須改其中一個(gè)的地址，其實(shí)改地址只要不和其它設(shè)備地址沖突就行，再就是不要使用其它設(shè)備的默認(rèn)地址，雖然你沒有使用該設(shè)備，比如：西門子手持終端（HT6），它的默認(rèn)地址是14，所以這里我把它的地址改為5，那么第二個(gè)PCU50通訊地址可以不用改，使用它的默認(rèn)地址1；
4. HHU西門子標(biāo)準(zhǔn)手持單元，由于本項(xiàng)目中同時(shí)使用了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)手持單元，而在OPI網(wǎng)絡(luò)上西門子數(shù)控系統(tǒng)只支持一個(gè)手持單元，所以另一個(gè)手持單元必須選擇其它的總線通訊，這里我選擇了MPI總線通訊，它的默認(rèn)地址是15，地址保持它的默認(rèn)值，由于MPI網(wǎng)絡(luò)通訊速率為187.5Kbaud，這里只要設(shè)置其波特率就可以了，具體設(shè)置如下：首先打開手持面板，見到設(shè)置開關(guān)S1,S2；
設(shè)置HHU內(nèi)S1開關(guān)，S1-表示通訊波特率 | ||||
S1 | 1 | 2 | 3 | 4 |
OFF | ON | OFF | OFF | |
波特率187.5 Kbaud | ||||
設(shè)置HHU內(nèi)S2開關(guān)，S2-表示通訊MPI地址 | ||||
S2 | 1 | 2 | 3 | 4 |
ON | ON | ON | ON | |
MPI地址：15 | ||||
5. NCK和PLC地址保持它的默認(rèn)值地址不變；
6. 本項(xiàng)目中采用了三個(gè)遠(yuǎn)程站來(lái)采集信號(hào)，通訊網(wǎng)絡(luò)為PROFIBUS，設(shè)置ET200M上通訊地址，通過(guò)撥碼開關(guān)分別設(shè)置為：9，10，11；
7. 以上通訊地址必須設(shè)置好，連接好線路，通訊總線連接頭屏蔽必須接好，然后可以上電，通過(guò)STEP7來(lái)進(jìn)行硬件組態(tài)了。
四． PCU50上的設(shè)置
設(shè)置的目的就是兩個(gè)操作站上的OP15A只顯示各自通道里和各自方式組里的軸，就是設(shè)置完后，通過(guò)OP15A上的通道按鈕無(wú)法切換通道了。通過(guò)修改NETNAMES.INI文件可以達(dá)到目的，它存取的路徑在F:\MMC2，通過(guò)記事本來(lái)編輯該文件，以下的內(nèi)容都是摘自我的項(xiàng)目。
主機(jī)鏜床部分的PCU50_1上的NETNAMES.INI后加以下語(yǔ)句：
[CHAN MMC_1]
DEFAULT_LOGCHANSET=MACHINE
DEFAULT_LOGCHAN=CHANNEL1
LOGCHANSETLIST=MACHINE
SHOWCHANMENU=TRUE
[MACHINE]
LOGCHANLIST=(CHANNEL1)
[CHANNEL1]
LOG NC NAME=NCU_1
CHAN NUM=1
[CHANNEL2]
LOG NC NAME=NCU_1
CHAN NUM=2
四軸銑部分的PCU50_2上的NETNAMES.INI后加以下語(yǔ)句：
[CHAN MMC_2]
DEFAULT_LOGCHANSET=MACHINE
DEFAULT_LOGCHAN=CHANNEL2
LOGCHANSETLIST=MACHINE
SHOWCHANMENU=TRUE
[MACHINE]
LOGCHANLIST=(CHANNEL2)
[CHANNEL1]
LOG NC NAME=NCU_1
CHAN NUM=1
[CHANNEL2]
LOG NC NAME=NCU_1
CHAN NUM=2
五． 調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題以及處理方法
在調(diào)試時(shí)，遇到任何問(wèn)題都不能放過(guò)，都記錄下來(lái)，然后分析找到問(wèn)題的解決辦法。下面是我遇到的一些比較典型的問(wèn)題。
1. 關(guān)于光柵尺的安裝問(wèn)題，光柵尺安裝非常重要。我遇到的問(wèn)題是這樣的，主軸箱（Y軸）上下移動(dòng)時(shí)有時(shí)報(bào)警有時(shí)又很正常，最后仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)是在尺盒接縫的位置有震動(dòng)，橡皮墊沒有壓好，最后用百分表打，發(fā)現(xiàn)平行性差很多，檢查結(jié)果是尺盒上的固定螺絲沒擰到位，重新調(diào)整尺盒問(wèn)題得以解決；
2. 立柱前后移動(dòng)(U軸)，光柵尺硬件報(bào)錯(cuò)，報(bào)警也是時(shí)有時(shí)無(wú)，報(bào)警出來(lái)后只有重啟，重啟問(wèn)題就解決了，可是使用不久又會(huì)出來(lái)了，最后發(fā)現(xiàn)光柵尺的滑尺讀數(shù)頭上的螺絲沒擰緊，擰緊后問(wèn)題就消失，以前遇到類似的問(wèn)題是油污把插針絕緣了，報(bào)警也是時(shí)有時(shí)無(wú)；
3. 在調(diào)試帶距離碼的光柵尺時(shí)要注意參數(shù)的設(shè)置，特別是尺的方向和參考點(diǎn)標(biāo)記間隔等參數(shù)；
4. 在銑削螺紋時(shí)，遇到了這樣一個(gè)問(wèn)題，在G17平面，程序里使用G02順時(shí)針來(lái)銑，但實(shí)際上運(yùn)動(dòng)軌跡是逆時(shí)針G03方向，最后分析加工程序也沒錯(cuò)，機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡就是不對(duì)，最后發(fā)現(xiàn)是X軸的正負(fù)方向反了，改完之后問(wèn)題解決；
5. 在銑削圓的時(shí)候，我們電氣要注意幾個(gè)主要的軸參數(shù)必須一致，比如，軸增益參數(shù)MD32200,軸增益也就是位置跟蹤誤差必須一致，另一個(gè)是611D驅(qū)動(dòng)參數(shù)MD1407伺服速度環(huán)增益，也必須一致，最后一個(gè)也是軸參數(shù)MD32230,軸減速增益也必須一致。
