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基于西門子 828D 的數(shù)控銑床改造控制系統(tǒng)及電氣應(yīng)用的配置應(yīng)用設(shè)計(jì)
2020-6-18 來源： 平高集團(tuán)有限公司 作者：李超 李曉輝 譚愷陽 劉曉可 崔文霞
摘要：由于數(shù)控加工機(jī)床設(shè)備對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性要求很高，因此本文采用德國西門子公司的SINUMERIK；828D PPU 241.3 Basic M水平型；伺服驅(qū)動(dòng)部分采用與 828D 配套的 S120 伺服驅(qū)動(dòng)及配套的電機(jī)，內(nèi)置 PLC,以使用梯形圖編程方式的 SIMATIC S7-200 指令組為基礎(chǔ)，所選輸入/輸出點(diǎn)數(shù)滿足機(jī)床控制要求，設(shè)計(jì) PLC 程序及報(bào)警文本，確保機(jī)床工作穩(wěn)定可靠，監(jiān)控報(bào)警全面有效，方便操作及維護(hù)。
關(guān)鍵詞：西門子 828D；數(shù)控銑床；控制系統(tǒng)改造；電氣控制
0 引言
許多電器設(shè)備都要求運(yùn)行在特定的環(huán)境條件下，溫度過低、溫度過高、過大都會(huì)對(duì)電力設(shè)備的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。為了提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，本文采用德國西門子公司的 SINUMERIK；828D PPU241.3 Basic M 水平型，整套裝置由西門子公司提供。
允許環(huán)境溫度：貯存及運(yùn)輸-20~70℃，工作 0~55℃。I/O 模塊與 PROFIBUS 連接，提供 72 點(diǎn)數(shù)字輸入和 48點(diǎn)數(shù)字輸出 （24V，0.25A），I/O 可擴(kuò)展。SINUMERIK；828D PPU 241.3 Basic M 水平型采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，機(jī)床的所有操作均可在機(jī)床控制面板上實(shí)現(xiàn)。
機(jī)床采用三相 380V 交流電源供電，機(jī)床電氣總功率約 10KW，機(jī)床總電流 50A。
1 、總體方案設(shè)計(jì)
本文采用德國西門子公司的 SINUMERIK；828DPPU241.3 Basic M 水平型；
①主要系統(tǒng)系統(tǒng)配置：SINUMERIK828D 是基于面板的數(shù)控系統(tǒng)（Panel processing unit）。CNC、PLC、操作面板和 5 軸驅(qū)動(dòng)控制（標(biāo)配）都集成在一個(gè)單元中。這種結(jié)構(gòu)可以省去 CNC 電路板和操作面板之間的硬件接口, 從而大大提高系統(tǒng)的耐用度。
并且為了確保免維護(hù)運(yùn)行,系統(tǒng)沒有使用如風(fēng)扇和緩沖蓄電池等易損件。CNC 操作面板配備了專用于車銑工藝的系統(tǒng)軟件: BASIC M PPU24x，適用于水平型的操作面板外殼內(nèi)置 QWERTY CNC 全鍵盤，帶有短行程機(jī)械按鍵。因此可以直接輸入零件程序文本、刀具名稱以及明碼文木語言指令，無需按下 Shit 輸入雙檔鍵的第二行字符。
鍵盤的防護(hù)等級(jí)達(dá)到 IP65。操作面板正面有 USB、CF 卡和以太網(wǎng)接山此外，背面也有以太網(wǎng)接凵，用于接入工）網(wǎng)絡(luò)。基于 PROFINET 技術(shù)的 PLC I / O 接口 1，用于連接 PLC 外設(shè)和機(jī)床控制而板。PP72/48DPN 和PP72/48D2/2APN，用作 PLC 外設(shè)模塊。可連接 2 個(gè)手輪，銑削應(yīng)用中可最多使用 5 根進(jìn)給軸/主軸。 1 個(gè)加工通道及運(yùn)行方式組。內(nèi)置 PLC以使用梯形圖編程方式的SIMATIC S7-200 指令組為基礎(chǔ)，所選輸入/輸出點(diǎn)數(shù)滿足機(jī)床控制要求，設(shè)計(jì) PLC 程序及報(bào)警文本，確保機(jī)床工作穩(wěn)定可靠，監(jiān)控報(bào)警全面有效，方便操作及維護(hù)。
②SINAMICS S120 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。本機(jī)床采用s120 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，整套裝置由西門子公司提供。允許環(huán)境溫度：貯存及運(yùn)輸-20~70℃，工作 0~55℃SINAMICS 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之一的 SINAMICS S120 具有模塊化設(shè)計(jì)，可以提供高性能的單軸和雙軸驅(qū)動(dòng)，具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
1）進(jìn)給軸驅(qū)動(dòng)模塊配置。X、Y、Z、各軸進(jìn)給驅(qū)動(dòng)采用 Smart Line Module; 16.00k W（智能線路模塊；16 千瓦）18 A 雙電機(jī)模塊；9 A 雙電機(jī)模塊；進(jìn)線電抗器等驅(qū)動(dòng)裝置組件，實(shí)現(xiàn)機(jī)床各軸的進(jìn)給控制。其中 Z 軸電機(jī)內(nèi)置抱閘。各伺服電機(jī)防護(hù)等級(jí)IP67。
2）主軸單元模塊配置。主軸部分采用 7KW 的 1PH8 伺服主軸電機(jī)及 S120驅(qū)動(dòng)替代原主軸變頻器及電機(jī)。重新編寫本機(jī)床的換擋程序，結(jié)合換擋指令的變化而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋功能。
3）機(jī)床的 X、Y、Z、SP 供電系統(tǒng)及伺服電機(jī)模塊配置。X 軸電機(jī)供電電纜：5 米無制動(dòng)電纜，快速連接（固定安裝）；5 米 DRIVE-CLi Q 電纜；DRIVE-CLi Q 電纜、防護(hù)等級(jí) IP20 / IP67（固定安裝）；同步伺服電機(jī)；功率 2.29 千瓦；軸高度 63 毫米。
y 軸電機(jī)供電電纜：5 米運(yùn)動(dòng)連接無制動(dòng)電纜，快速連接（固定安裝）；5 米 DRIVE-CLi Q 電纜；DRIVE-CLi Q 電纜、防護(hù)等級(jí) IP20 / IP67（固定安裝）；同步伺服電機(jī)；功率2.29 千瓦；軸高度 63 毫米。Z 軸電機(jī)供電電纜：10 米與制動(dòng)電纜，快速連接（固定安裝）；10 米 DRIVE-CLi Q 電纜；DRIVE-CLi Q 電纜、防護(hù)等級(jí) IP20 / IP67（固定安裝）；同步伺服電機(jī)；功率 2.29 千
瓦；軸高度 63 毫米。
主軸電機(jī)供電電纜：10 米無制動(dòng)電纜（固定安裝）；10米 DRIVE-CLi Q 電纜；DRIVE-CLi Q 電纜、防護(hù)等級(jí) IP20 /IP67（固定安裝）。
③機(jī)床電氣控制單元。電源模塊配置滿足主軸及進(jìn)給要求，并配相應(yīng)的進(jìn)線電抗器與電源濾波器制作分體式主電柜柜體，更換電氣柜內(nèi)所有低壓電氣元件。電柜內(nèi)的斷路器、接觸器、繼電器、
主令電器等電氣元件采用施耐德品牌，主要接插件、電線電纜、接頭等均為國內(nèi)優(yōu)質(zhì)品牌件。
柜內(nèi)器件采用封閉式線槽走線方式，布線符合電氣走線工藝標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也便于檢測(cè)維修；接線端線號(hào)管用打號(hào)機(jī)打印，標(biāo)號(hào)清晰、耐油不脫落。用國內(nèi)品牌電纜更換失效的機(jī)床外部電纜。采用歐姆龍或安士能產(chǎn)品更換失效的限位開關(guān)、壓力開關(guān)。
1） 機(jī)床供電的基本要求。本機(jī)床必須采用交流電源（三相四線制）供電。電線直徑不得小于推薦截面積，端部必須采用額定容量的冷壓接線端子牢固壓接。否則易導(dǎo)致局部過熱引發(fā)火災(zāi)。
本機(jī)床必須有牢固可靠專用接地螺釘接地。機(jī)床工作廠地不許具有高頻發(fā)生器之類的設(shè)備。
2）機(jī)床通電前的檢查。必須確認(rèn)保護(hù)接地線已經(jīng)牢固可靠的接在機(jī)床指定的螺釘上。檢查配電箱內(nèi)的接觸器、空氣開關(guān)、繼電器，確認(rèn)無松動(dòng)、脫落。檢查數(shù)控系統(tǒng)的電源模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、IO
模塊，確認(rèn)接線無松動(dòng)、脫落。
3） 機(jī)床送電。機(jī)床通電前的檢查工作全部做完切無誤，機(jī)床具備送電條件可以送電。合上總電源開關(guān)，操作面板上的電源指示燈點(diǎn)亮，若電源指示燈不亮，請(qǐng)檢查三相電源，如電源正常請(qǐng)檢查電源指示燈是否損壞。首次通電必須確認(rèn)電源相序。電源相序錯(cuò)誤會(huì)引發(fā)一系列不應(yīng)發(fā)生的故障：如冷卻泵不上水、潤滑油位。
4）數(shù)控系統(tǒng)送電。確認(rèn)電氣箱門完全關(guān)上，若在開啟狀態(tài)，注意是否在檢修中。確認(rèn)所有冷卻風(fēng)扇動(dòng)作正常。合上總電源開關(guān)，數(shù)秒鐘后顯示屏亮，等系統(tǒng)完全啟動(dòng)后，系統(tǒng)處于參考點(diǎn)操作方式，此時(shí)請(qǐng)松開急停，然后按按鈕加載驅(qū)動(dòng)使能。數(shù)控系統(tǒng)上電完成并進(jìn)入可操作狀態(tài)。如有報(bào)警存在，請(qǐng)查清故障原因清除報(bào)警后再操作機(jī)床。
5）機(jī)床斷電。確認(rèn)機(jī)床的所有操作停止，機(jī)床處于停止?fàn)顟B(tài)。按下急停開關(guān)。關(guān)斷電源總開關(guān)。
6）冷卻控制。本機(jī)的工件冷卻有自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制方式。在 AUTO 和 MDA 方式下，可用 M08 指令接通冷卻電機(jī)，M09 指令斷開冷卻電機(jī)；手動(dòng)可以通過機(jī)床控制面板上的“冷卻”啟停；床頭箱操作板上的冷卻按鈕也可控制冷卻的啟停。另外急停和復(fù)位也可以使冷卻停止。
7）潤滑控制。本機(jī)床采用集中自動(dòng)潤滑，請(qǐng)定期檢查機(jī)床的潤滑情況。當(dāng)潤滑液面低的時(shí)候，機(jī)床會(huì)發(fā)出潤滑液面低的提示信息，這時(shí)請(qǐng)?zhí)砑訚櫥汀?/font>
8）機(jī)床超程和解除。在操作過程中，由于某種原因（如操作失誤、編程錯(cuò)誤）可能會(huì)使機(jī)床刀臺(tái)在某一方向的移動(dòng)位置超出由機(jī)床數(shù)據(jù) MD36100、MD36110 設(shè)定的機(jī)床行程，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)顯示報(bào)警并停止軸的移動(dòng)，此時(shí)沿著反方向移動(dòng)即可消除報(bào)警。
9）緊急停止操作。不管在哪種工作方式下，如有急緊情況需要立即停止機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)，請(qǐng)按下急停開關(guān)。按下操作面板上的急停開關(guān)后，不論在何工作方式下，機(jī)床所有軸的進(jìn)給，主軸的旋轉(zhuǎn)都會(huì)立即減速停止，并在顯示器上顯示 3000 急停報(bào)警信息。提示處于急停狀態(tài)，解除急停時(shí)，請(qǐng)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)急停開關(guān)，當(dāng)機(jī)床恢復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)，按下復(fù)位鍵報(bào)警信息會(huì)自動(dòng)消除。引起急停的原因有：拍下了急停開關(guān)、驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)故障，當(dāng)引起急停的原因排除后，按復(fù)位可退出急停。
10）復(fù)位。當(dāng)系統(tǒng)處于自動(dòng)或數(shù)據(jù)輸入方式時(shí)按下機(jī)床操作面板上的復(fù)位按鈕，機(jī)床所有坐標(biāo)軸減速停止，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)停止，此時(shí) NC 系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)，可重新選擇工作模式，進(jìn)行其它操作。
④系統(tǒng) CF 卡的使用。828D 系統(tǒng)的 PPU 上具備兩個(gè) CF 卡插槽；用戶 CF 卡插口位于面板正面的保護(hù)蓋下面，帶有系統(tǒng)軟件的 CF 卡槽位于后保護(hù)板上。保存系統(tǒng)軟件的 CF 卡；提供的系統(tǒng)軟件 CF 卡是自引導(dǎo)啟動(dòng)式存儲(chǔ)卡。在運(yùn)行 PPU 時(shí)必須使用系統(tǒng)軟件 CF 卡。除了工藝專用的 SINUMERIK828D 系統(tǒng)軟件和 SINAMICS 固件外，系統(tǒng)軟件 CF 卡上還包含版本信息（序列號(hào)、版本、型號(hào)名稱）許可證密鑰。
因此，CF 卡可以插入到其它 PPU 中，無需更改許可證。
2 、結(jié)論
針對(duì)老系統(tǒng)存在的故障多、穩(wěn)定性差等問題，對(duì)老系統(tǒng)機(jī)床進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)更新改造是提高生產(chǎn)效率和設(shè)備穩(wěn)定性重要手段。本文提出了采用西門子 D828D 數(shù)控系統(tǒng)來改造 ZK7640 數(shù)控鏜銑床，主要完成了 ZK7640 數(shù)鏜銑床改造中的數(shù)控裝置、伺服裝置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)側(cè)選型和配置，系統(tǒng)連接和各部接口的連接，常用參數(shù)、主軸參數(shù)、伺服參數(shù)的設(shè)定。改造后的機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)正常穩(wěn)定達(dá)到了改造目的。
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