西門子802S數(shù)控系統(tǒng)在高壓水射流切割機(jī)中的應(yīng)用

　　JC35導(dǎo)讀：基于高壓水射流切割機(jī)對數(shù)控系統(tǒng)可靠穩(wěn)定的要求，采用西門子802S經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)能極大地提高機(jī)床的加工精度，運(yùn)行可靠穩(wěn)定，滿足工件的切割要求。本文簡要論述了西門子802S數(shù)控系統(tǒng)的硬件配置和軟件結(jié)構(gòu)，以及其在高壓水射流切割機(jī)應(yīng)用中應(yīng)注意的問題。
　　
　　一．前言：
　　
　　高壓水射流切割機(jī)是應(yīng)用參合了磨料的高壓水，通過噴嘴噴射出高壓水流對工件進(jìn)行切割，其切割效率高，切邊整齊，廣泛應(yīng)用于輕工等行業(yè)。高壓水射流切割機(jī)的控制系統(tǒng)一般采用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，以保證工作可靠穩(wěn)定。西門子SINUMERIK802S數(shù)控系統(tǒng)采用32位微處理器，集成式PLC，分離式小尺寸操作面板和機(jī)床控制面板，是一種*的經(jīng)濟(jì)型CNC系統(tǒng)，其專門為中國市場開發(fā)，啟動(dòng)數(shù)據(jù)少，安裝調(diào)試方便，快捷；具有中英文菜單顯示，操作編程簡單方便；具有可靠性高，穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)。高壓水射流機(jī)采用西門子SINUMERIK802S數(shù)控系統(tǒng)，充分利用該系統(tǒng)具有的豐富誤差補(bǔ)償功能，如絲桿反向間隙補(bǔ)償，絲桿螺距誤差補(bǔ)償，進(jìn)給軸脈沖監(jiān)控等，大大地提高了高壓水射流機(jī)的生產(chǎn)效率。
　　
　　二．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
　　
　　高壓水射流切割機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)主要包括操作面板（OP020），機(jī)床面板（MCP），數(shù)控部分（ECU），步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器（STEPDRIVEC）及步進(jìn)電機(jī)，PLC模塊（DI/O），通訊口。
　　
　　1．操作面板（OP020）
　　
　　操作面板按鍵布局采用人機(jī)工程設(shè)計(jì)，操作方便靈活。按鍵主要包括菜單功能鍵，字母鍵，數(shù)字鍵等。
　　
　　2．機(jī)床面板（MCP）
　　
　　機(jī)床面板包括通用控制鍵及高壓水射流切割機(jī)控制鍵。通用控制鍵主要有進(jìn)給軸移動(dòng)按鈕，數(shù)控啟動(dòng)停止按鈕，工作方式選折功能按鈕，進(jìn)給倍率選折波段開關(guān)等。控制按鈕包括高壓電機(jī)啟動(dòng)停止，換刀啟動(dòng)停止，冷卻，潤滑等。
　　
　　3．?dāng)?shù)控部分（ECU）
　　
　　數(shù)控部分主要包括CPU，ROM，RAM，位置控制電路及接口板。ROM用于固化數(shù)控系統(tǒng)軟件，RAM用于存放可變數(shù)據(jù)，如堆棧數(shù)據(jù)和控制軟件暫存數(shù)據(jù)。對于數(shù)控加工程序和系統(tǒng)參數(shù)等可變數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)具有掉電保護(hù)功能，當(dāng)主電源不供電時(shí)，使數(shù)據(jù)不丟失。
　　
　　4．步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器（STEPDRIVEC）及步進(jìn)電機(jī)
　　
　　步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器（STEPDRIVEC）是單軸型控制器，控制五相步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.36度。驅(qū)動(dòng)接口采用25芯D型插座。每個(gè)驅(qū)動(dòng)器接受三個(gè)信號(hào)，一個(gè)為脈沖信號(hào)，一個(gè)為方向信號(hào)，一個(gè)為使能信號(hào)。發(fā)出的脈沖控制電機(jī)運(yùn)行，每個(gè)上升沿使電機(jī)向前走一步，脈沖數(shù)決定電機(jī)轉(zhuǎn)角，脈沖頻率決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
　　
　　5．輸入輸出部分（I/O）
　　
　　輸入輸出部分主要包括快速輸入接口以及數(shù)控系統(tǒng)的PLC模塊。快速輸入包括限位接近開關(guān)以及NCRDY信號(hào)。NCRDY信號(hào)是用作NC使能的接觸器急停信號(hào)。PLC模塊I/O包括高壓啟動(dòng)停止，換刀啟動(dòng)停止，冷卻開關(guān)，潤滑開關(guān)等。
　　
　　6．通訊口
　　
　　數(shù)據(jù)通訊采用標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C，用于接收用戶程序或與計(jì)算機(jī)通訊。其采用9芯D型插座，信號(hào)名稱包括：RXD-數(shù)據(jù)接收，TXD-數(shù)據(jù)發(fā)送，RTS-發(fā)送請求，CTS-發(fā)送使能，DTR-數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備就緒，DSR-數(shù)據(jù)終端就緒，M-信號(hào)地。
　　
　　三．控制系統(tǒng)的軟件
　　
　　西門子802S數(shù)控系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的多任務(wù)實(shí)時(shí)軟件，其采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個(gè)模塊分管各自的任務(wù)，形成特定的功能模塊，相應(yīng)的軟件也模塊化，形成功能模塊軟件結(jié)構(gòu)固化在CPU中。
　　
　　西門子802S數(shù)控系統(tǒng)的CNC單元主要由三大模塊組成，即人機(jī)通信（MMC）模塊，數(shù)控模塊（NCK），可編程控制器（PLC）模塊。
　　
　　1．人機(jī)通信（MMC）模塊
　　
　　西門子802S數(shù)控系統(tǒng)采用人機(jī)交互處理技術(shù)進(jìn)行用戶界面的交互處理。用戶選折CNC系統(tǒng)的工作模式，進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)和命令的輸入，CNC系統(tǒng)實(shí)時(shí)針對用戶的操作進(jìn)行信息的反饋，向用戶提供系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，提供相應(yīng)的操作和學(xué)習(xí)幫助，當(dāng)出現(xiàn)操作錯(cuò)誤和系統(tǒng)故障時(shí)，產(chǎn)生錯(cuò)誤和警告的信息。
　　
　　西門子802S數(shù)控系統(tǒng)的主菜單包括：1）加工，2）參數(shù)，3）程序，4）通訊，5）診斷。
　　
　　2．?dāng)?shù)控模塊（NCK）
　　
　　數(shù)控模塊包括數(shù)控的核心功能程序，如數(shù)控加工程序的譯碼，預(yù)處理和插補(bǔ)處理，也包括數(shù)控加工程序編輯器，加工模擬，刀具管理，以及故障監(jiān)測和診斷功能。
　　
　　3．可編程控制器（PLC）模塊
　　
　　可編程控制器模塊處理數(shù)控加工程序中有關(guān)機(jī)床電器的邏輯控制以及其他一些開關(guān)信號(hào)的控制。
　　
　　西門子802S數(shù)控系統(tǒng)的PLC編程軟件采用S7-200。
　　
　　四．系統(tǒng)的調(diào)試及應(yīng)注意問題：
　　
　　西門子802S數(shù)控系統(tǒng)在高壓水射流切割機(jī)的應(yīng)用基于標(biāo)準(zhǔn)的車床系統(tǒng)。根據(jù)硬件的配置，對顯示機(jī)床數(shù)據(jù)，通用機(jī)床數(shù)據(jù)，軸相關(guān)的機(jī)床數(shù)據(jù)，通道相關(guān)的機(jī)床數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。
　　
　　修改機(jī)床數(shù)據(jù)對機(jī)床關(guān)系很大，參數(shù)的設(shè)定錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致機(jī)床動(dòng)作混亂。機(jī)床修改有效包括以下四種情況：1）so-立即有效2）cf-確認(rèn)后有效3）re-復(fù)位有效4）po-上電有效。不同級(jí)別的機(jī)床數(shù)據(jù)對應(yīng)不同的有效修改設(shè)定。
　　
　　PLC參數(shù)根據(jù)程序的配置由操作面板的“診斷/機(jī)床數(shù)據(jù)/通用機(jī)床數(shù)據(jù)”參數(shù)屏輸入。PLC機(jī)床硬件的配置對應(yīng)相應(yīng)的機(jī)床數(shù)據(jù)的設(shè)定。部分I/O配置如下圖：
　　
　　西門子802S數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用調(diào)試中應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：
　　
　　1．系統(tǒng)要求每個(gè)軸的兩個(gè)方向（+/-）都設(shè)有限位開關(guān)以便NCK在所有的工作方式對限位進(jìn)行監(jiān)控，在行程開關(guān)被撞到后，所有坐標(biāo)軸須立即停止,系統(tǒng)只允許超程軸在JOG方式下向相反方向運(yùn)動(dòng)。限位開關(guān)包括硬件限位開關(guān)和軟件限位開關(guān)。如果硬件限位開關(guān)被逾越，PLC將通過IS的V380X1000.1/.0通知NC,并中斷所有軸的運(yùn)動(dòng)。每個(gè)軸都有兩對軟件限位開關(guān),在機(jī)床進(jìn)給軸系統(tǒng)中通過MD：POS_LIMIT_PLUS,POS_LIMIT_MINUS,POS_LIMIT_PLUS2,POS_LIMIT_MINUS2設(shè)置。
　　
　　2．每個(gè)軸根據(jù)需要配置一個(gè)參考點(diǎn)減速控制開關(guān)。X軸開關(guān)接在I1.4，Z軸開關(guān)接在I1.5。NCK輸入端（X20）接一個(gè)參考點(diǎn)接近開關(guān)（BERO），用于準(zhǔn)確設(shè)定參考點(diǎn)。
　　
　　3．定位監(jiān)控情況如下：為確保軸在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)到達(dá)點(diǎn)，在一個(gè)程序段運(yùn)行結(jié)束后（位置量=0）啟動(dòng)MD：POSITIONING_TIME（精定位延遲）里設(shè)定的時(shí)間,并在這一時(shí)間運(yùn)行結(jié)束后檢查移動(dòng)誤差是否低于STOP_LIMIT_FINE（精定位精度）的極限值.如果位置控制增益系數(shù)太小,則改變位置控制增益調(diào)節(jié)機(jī)床數(shù)據(jù)MD：POSCTRL_GAIN（N）設(shè)置值;如果定位窗口（停）與位置監(jiān)控時(shí)間和位置控制增益系數(shù)不相符合,則改變MD:STOP_LIMIT_FINE（停）,MD：POSITIONING_TIME（停延遲時(shí)間）,MD：POSCTRL_GAIN（N）這幾個(gè)參數(shù)的設(shè)置。
　　
　　4．在開關(guān)量輸出電路中，通過中間繼電器過渡控制強(qiáng)電路的功率接觸器和電磁閥，同時(shí)加并聯(lián)保護(hù)二極管，以便當(dāng)線圈切斷時(shí)，為電流提供釋放回路，以保護(hù)數(shù)控驅(qū)動(dòng)電路。
　　
　　5．為提高整個(gè)系統(tǒng)的抗*力，弱電信號(hào)與強(qiáng)電驅(qū)動(dòng)信號(hào)在走線槽內(nèi)盡量分別走線，并且在交流接觸器線圈兩端就近并聯(lián)RC滅弧器。以保證數(shù)控系統(tǒng)的可靠性。
　　
　　五．結(jié)束語