SIEMENS802D系统在数控车磨复合加工机床中的应用

解乃军+王小曹

摘要：文章对SIEMENS 802D数控系统在数控车磨复合加工机床中的硬件配置、系统调试及调试完成后数据备份等问题进行阐述，着重论述SIEMENS 802D数控系统NC单元、驱动单元等部件的硬件配置和相互连接，对系统参数的设置和优化以及丝杠螺距误差的补偿方法给出解决方案。

关键词：SIEMENS 802D系统；数控车磨复合加工机床；硬件配置；系统调试；机床数据 文献标识码：A

中图分类号：TH16 文章编号：1009-2374（2016）32-0046-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.022

1 概述

数控车磨复合加工机床是加工汽车刹车盘的专用关键设备。工件一次装夹，先双刀车削两制动平面，紧接着双砂轮磨削两制动平面，以保证两制动平面的平行度小于0.005mm，制动平面对安装基面的端面跳动小于0.005mm，两制动平面的表面粗糙度小于Ra0.4。该机床配置SIEMENS 802D系统，实现五轴控制、三轴联动。选用SIEMENS 802D系统的原因在于它的驱动控制简单、配置随意，系统提供的软件齐全，便于用户二次开发，再有它已经国产化设计，成本低，订货周期短。

2 硬件配置

2.1 NC部分

2.1.1 PCU。采用PCU210微处理器，CNC主机与人机界面控制集成式设计，标准超薄型10.4”LCD。

2.1.2 键盘。有两种方式可选：水平和垂直。此处选垂直键盘。

2.1.3 输入输出模块PP72/48。该模块可提供72个数字输入和48个数字输出。每个模块具有三个独立的50芯插槽，每个插槽中包括了24位数字量输入和16位数字量输出。802D系统最多可配两块PP模块，此处配一块。硬件跳线S1地址为9。连接插口：X1接24VDC电源，X2接PROFIBUS总线，X111、X222、X333接50芯扁平电缆插头。

2.1.4 机床控制面板MCP，为选件。此处不选，

自制。

2.1.5 RS232接口，用于机床数据的备份和恢复，相应的软件由系统随机光盘提供。

2.2 驱动器部分

使用SIMODRIVE 611驱动系统，SIMODRIVE 611是一种功能可灵活配置的伺服驱动系统。SIMODRIVE 611中所有的模块都采用了统一的模块化设计。电源、通讯以及功率模块与闭环控制插入模块之间的接口都采用标准化设计。由于驱动模块为模块化设计，因此各驱动器可独立优化至其最佳状态。

2.2.1 驱动电源模块。用于连接各个驱动单元和强电供电系统，将主电源变换为直流母线上的直流电压。此处选用：6SN1146-1AB00-0BA1 5/10kW。

2.2.2 驱动模块。SIMODRIVE611的驱动模块按照功能完成进给电机，主轴电机的驱动控制，在结构装配上由“功率模块6SN1123”“闭环控制插入单元6SN1118”和“驱动总线部件”组装而成。将闭环控制插入单元插入到功率模块中即可实现带有模拟量或数字量设定值接口的驱动模块，用于主轴或进给驱动各种应用场合。功率模块可以适用于以下电机：1FK6、1FK7伺服电机和1PH7主轴电机。

可以使用功率范围很宽的单轴或双轴功率模块。这些模块按电流安培数分级，并能提供三种不同的冷却方式。此处选用：两个6SN1123-1AB00-0AA1 5/10A和一个6SN1123-1AA00-0BA1 9/18A。每个功率模块上都要选用闭环控制插入单元6SN1118-0NH10-0AA0。该驱动器的调试可通过随机软件SimoComU工具软件进行。

2.2.3 伺服电机。伺服电机采用1FK7系列，是高紧凑永磁同步同步电机。此处选用：四个1FK7060-5AF71-1EG0和1个1FK7083-5AF71-1EG0。

2.3 主轴部分

2.3.1 S7-200 CPU222模块。为模拟量输出模块EM232提供电源，同时从802D主系统处接收主轴运行速度指令，并通过数模转换器转换。

2.3.2 模拟量输出模块。EM232为主轴变频器提供0～10V的模拟电压。

2.3.3 变频器。具体实施主轴运转/停止。

2.3.4 主轴电机。选用7.5kW的普通电机。

2.4 电流检测装置

2.4.1 变频器。功能A驱动砂轮磨头旋转/停止，功能B检测砂轮磨头电机电流变化，此处使用东元变频器。

2.4.2 砂轮磨头电机。选用4kW普通电机。

3 软件调试

利用PLC子程序库可非常迅速地建立一个PLC应用程序。

SINUMERIK 802D的PLC为SIMATIC S7-200，所以编制PLC必须使用STEP 7-Micro/WIN 32软件，及随系统一起到货的工具盘（Toolbox）。

PLC程序由主程序OB1和子程序组成。主程序：程序的主体（称为OB1）是放置控制应用程序指令的位置。主程序中的指令按顺序执行，每次执行CPU的一次扫描循环。子程序：子程序是指令的一个选用集，存放在分开的程序块中，仅在被主程序调用时执行。

完成的PLC程序可用SIMATIC STEP 7-Micro/WIN 32软件传输、编辑、调试。PLC状态可在线监控。

4 机床数据设置

4.1 总线配置

SINUMERIK 802D是通过现场总线PROFIBUS对外设模块（如驱动器和输入输出模块等），PROFIBUS的配置是通过通用参数MD11240来确定的。

MD11240=4 表示驱动器：双轴+双轴+单轴

该参数生效后，611UE液晶窗口显示驱动报警：A832（总线无同步信号）；611UE总线接口插件上的指示灯变为绿色。若该指示灯仍为红色，请检查总线的连接。

4.2 驱动配置（驱动器模块定位）

数控系统与驱动器之间通过总线连接，系统根据下列参数与驱动器建立物理联系：

MD30110：定义速度给定端口（轴号）

MD30220：定义位置反馈端口（轴号）

4.3 位置控制使能参数

30130：1 控制给定轴输出类型

30240：1 编码器反馈类型

该参数生效后，611UE液晶窗口显示：“RUN”。这时通过点动可使伺服电机运动。

32100：1或–1 用于改变电机方向（正向或负向）。

4.4 传动系统参数配比

31030：丝杠螺距Z1至Z4轴设5000mmX轴设10000mm

31050：电机端齿轮齿数（分子）

31060：丝杠端齿轮齿数（分母）

Z1至Z4轴的齿轮比为1∶1，X轴为5∶8

4.5 坐标速度和加速度：可根据用户的实际要求更改

32000：8000 最高轴速度

32010：8000 点动快速

32020：2000 点动速度

36200：10000 坐标轴速度限制

32300：0.5 最大加速度

4.6 位置环增益

32200：1.0 位置环增益

4.7 返回参考点相关的机床数据

34010：0 返回参考点方向：0—正，1—负

34020：5000 检测参考点开关的速度

34040：300 检测零脉冲的速度

34050：0 寻找零脉冲方向：0—正，1—负

34060：20 检测参考点开关的最大距离

34070：1000 返回参考点定位速度

34080：-2 参考点移动距离

34090：0 参考点移动距离修正量

34100：参考点（相对机床坐标系）位置

11300：返回参考点触发方式

4.8 软限位

36100：负向软限位

36110：正向软限位

4.9 反向间隙补偿

32450：反向间隙，回参考点后补偿生效

5 备份数据

在系统调试完毕后进行数据备份是十分重要的。SINUMERIK802D提供了多种数据备份的方法。系统的数据可在系统内部备份，可在PC卡上备份，也可在计算机的硬盘上备份。

5.1 数据内部备份

数据的内部备份可以通过“数据存储”软菜单键轻而易举地实现。

5.2 数据外部备份

802D中的数据（包括PLC应用程序，报警文本以及驱动器数据）可以通过RS232串行接口备份到个人计算机的硬盘或软盘上，或者将数据备份到PC卡上。其中试车数据以二进制格式备份（备份时波特率应小于19200）。对于相同版本802D的批量生产，可直接使用该试车数据。另外，也可使用PCMCIA存储卡进行批量调试。

以上的所有工作完成后，机床就可以交给用户正常使用了。目前，此产品已投入批量生产。

参考文献

[1] 解乃军.数控技术及应用[M].北京：科学出版社，2014.

[2] Siemens AG.SINUMERIK 802D诊断说明手册[S].2007.

[3] Siemens AG.SINUMERIK 802D功能说明手册[S].2007.

基金项目：南京工程学院教改项目“项目驱动教学法——在数控技术应用类课程模块中的探索与实践”，编号：JG201439。

作者简介：解乃军（1968-），河北玉田人，南京工程学院教师，高级工程师，研究方向：数控技术及应用；王小曹（1971-），陕西蓝田人，南京熊猫信息产业集团有限公司技术副总，高级工程师，研究方向：计算机及自动化。

（责任编辑：蒋建华）