西门子828D数控系统在BFKF150镗床的应用与调试陈利振

西门子828D数控系统在BFKF150镗床的应用与调试陈利振

陈利振

太原重工股份有限公司齿轮传动分公司山西太原030024

摘要：齿轮传动分公司减速机厂BFKF150镗床承担箱体类零件的制造任务，该机床经机械大修后，静态几何精度已符合国标出厂精度。其配置的三菱M520数控系统，因使用年限久导致电气故障率高，不能满足加工工艺要求。现使用西门子828D数控系统对其进行电气改造，所有伺服轴采用SINAMICS120Combi驱动器，液压、润滑等辅助功能由SIMATICS7-200PLC实现。

关键词：BFKF150镗床；西门子828D；SINAMICS120Combi；S7-200PLC；

一、改造概述

BFKF150镗床为德产加工设备，保留原主轴电机及变频器，主轴速度检测通过编码器实现。机床共有五个伺服轴，其中X、Y、Z直线进给轴实现联动并用全闭环控制，B轴为旋转轴，配圆光栅全闭环控制，W轴半闭环控制。所有伺服轴采用西门子S120全数字交流伺服装置及1FK7电机进行驱动，其中Y带抱闸。液压、润滑等辅助功能由SIMATICS7-200实现。

二、SIEMENS828D数控系统调试概述

机床是否能够安全可靠的操作运行，主要是由数控系统的PLC、NC控制的。当系统及电气连接正确无误后才可以上电进行系统调试。SINUMERIK828D的调试按下列步骤进行：（1）系统的连接及器件拨码开关设置-正确的连接是系统调试顺利的基础；（2）系统总清，设定口令、语言、日期时间、选项等；（3）基本参数设定，如MCP、PP72/48DPN生效等；（4）PLC基本调试-首先使安全功能生效（如急停、硬限位等）以及MCP功能生效；（5）驱动调试-驱动器固件升级、拓扑识别及轴参数自动分配；（6）NC参数设定-设置控制参数、机械传动参数、速度参数等；（7）PLC调试-液压站、PLC报警等功能；（8）编辑PLC报警文本和报警帮助文本；（9）驱动优化-速度环、位置环自动优化，圆度测试；（10）精度检测，反向间隙和丝杠螺距误差补偿；（11）机床功能测试，试切工件；（12）数据备份，存档；

三、BFKF150镗床电柜元器件和电机配置

电柜元器件包含自动空气开关、自动断路器、交流接触器、直流继电器、熔断器、控制变压器、开关电源、日关灯、三眼插座、电柜空调、油冷机、若干按钮、三相阻容、阻容板、50芯端子转换器、接线端子、接地铜排、电抗器6SL3000-0CE23-6AA0、电源模块6SL3130-6TE23-6AA3、双轴电机模块6SL3120-2TE21-0AA4、双轴电机模块6SL3120-2TE21-8AA3、单轴电机模块6SL3120-1TE21-8AA4、单相电源6EP1336-2BA10和6EP1334-2BA10、集线器DMC206SL3055-0AA00-6AA0、PPU261.36FC5370-5AA30-0AA0、系统软件CF卡6FC5834-2GY40-2YA0、MCP483CPN6FC5303-0AF22-0AA1、PP72/48DPN6FC5311-0AA00-0AA0、B轴电机（18NM）1FK7100-2AC71-1RA1、W轴电机（18NM）1FK7100-2AC71-1RG1、X轴电机（27NM）1FK7101-2AC71-1RA1、Y轴电机（27NM）1FK7101-2AC71-1RB1、Z轴电机（48NM）1FK7105-2AC71-1RA1、编码器模块SMC306SL3055-0AA0-5CA2以及电缆线等。

四、PLC调试

在系统的各个部件正确连接后，首先应当设计并调试PLC控制程序。至关重要的是必须在所有的安全功能全部准确无误后，才能开始驱动调试和NC调试。SINUMERIK828D集成基于SIMATICS7-200的PLC，采用梯形图编程方式可支持高达24000步指令语句，使用“ProgrammingToolPLC828”进行PLC程序的编辑、诊断。

为了让PLC程序简单明了，方便维修人员诊断故障，应遵循以下规则：（1）尽量避免使用局部变量L；（2）OB1只能用来调用子程序；（3）网络中编写程序的宽度不要超过显示宽度；（4）尽量避免使用复杂指令；（5）程序尽量使用简单的逻辑关系；（6）一个输出线圈的使能、置位、复位在整个程序中最好只出现一次；（7）临时变量只能在同一子程序中出现；（8）不要使用间接寻址；（9）程序中尽量避免使用M作为中间变量，使用用户自定义数据块DB9000～DB9063；（10）所有机床可能出现的故障必须编写相应的PLC报警、提示信息给出解决方法。

PLC用户报警为机床维护、操作人员提供了有效地诊断手段。SINUMERIK828D提供了248个用户报警（700000-700247），对应接口信号为DB1600.DBX0.0-DB1600.DBX30.7，机床参数MD14516[0]-MD14516[247]可以修改报警的属性。

在PLC启动过程中，MCP所有的灯不停闪烁，利用ProgrammingToolPLC828软件，借助上位计算机来对系统PLC程序进行传输。调试各个PLC块信号，使MCP和NCK能正常启动，并无报警信息。先建立系统组织块OB1；然后根据实际系统配置和机床硬件要求，使用LADDER语句和STL语句，完成相应的机床功能子程序块的设计。并将整个PLC软件系统进行配置和连接。在系统调试前，需要建立轴控制使能链。轴使能链至关重要，如果机床下电时序不正确轴就会处在自由停车状态，既机床下电后轴还会运动一段距离。轴使能上电时序有关的有10个信号：

急停信号：DB2600.DBX0.1，DB2600.DBX0.2；EP使能：电源模块上的X21.3端子信号；OFF1使能：PPU的X122.1端子信号；OFF3使能：PPU的X122.2端子上信号自定义到信号Q0.3上；轴控制使能：DB380*.DBX2.1；轴脉冲使能：DB380*.DBX4001.7；第一测量循环：DB3800.DBX1.5；通道进给保持：DB3200.DBX6.0；轴进给保持DB3*.DBX2.1，DB3*.DBX21.7。系统上电的第一步是给电源模块加EP使能，间隔100ms后加OFF1使能，OFF1使能加上后可以加OFF3使能，加OFF3的同时可以给各轴加脉冲使能和控制使能。按下急停开关时，首先要断掉OFF3使能，待所有轴出现静止信号DB390x.DBX1.4时，才可以同时断开OFF1，脉冲使能和控制使能，OFF1断开后延时100ms断开EP使能。

五、驱动器调试

在必须确保PLC控制程序所有的安全功能全部准确无误后，才能开始调试。安装调试软件Startup-tool，驱动调试要分四步进行，（1）驱动器固件升级；（2）配置驱动；（3）配置电源；（4）分配轴。这里重点论述分配轴的机床数据调整，分配轴功能可以帮助我们设置与驱动相关的轴机床参数，运用MD30110，MD30130，MD30220，MD30240，MD31020。要注意MD31040，MD31050，MD31060等与机械相关的机床数据不会自动设定，需要用户自行设定。

六、NC调试与伺服优化

NC调试包含传动系统参数设置，传动系统的参数决定了这个坐标轴的实际移动量。速度和加速度设置，参考点参数设置，软限位设置，反向间隙补偿MD32450，螺距误差补偿MD32700，温度补偿MD32750。

为了让机床的电气和机械特性相匹配，得到最佳的加工效果，需要对伺服进行优化。828D系统在HMI上集成了先进的在线伺服优化软件，可以对速度环和位置环进行自动优化。在自动优化后需要对相应的轴参数进行调整，要求调整频率一致（取最小频率p1433），调整位置环增益一致（取最小MD32200），调整速度控制时间一致（取最大MD32810），激活各轴参数FFW_MODE=3。

优化时都是各轴独立进行测试的，在所有轴都优化以后，需要进行各轴的匹配，对各轴优化结果做相应调整。如果优化后手轮移动轴有震动现象，可设置MD32420JOG_AND_POS_JERK_ENABLE=1，激活手动模式下的JERK功能。再将MD32430JOG_AND_POS_MAX_JERK设为20-50，即可消除震动。

七、圆度测试

各轴特性决定圆加工质量，因此在调整前应对相关轴速度环、位置环进行伺服优化，并且要临时取消反向间隙和丝杠螺距误差补偿。增益和加速度用于调整圆度，参与圆插补的每个轴实际增益应该一致，如果加工结果为椭圆，应该匹配MD3220和MD32300。反向间隙MD32450用于调整象限角质量，过象限补偿MD32500、MD32520和MD32540用于调整轴过象限时摩擦对轴的影响。通过电机电机编码器反馈得到的圆度测试结果，测试后要激活反向间隙和丝杠螺距误差补偿，在进行球杆仪测试。

八、结语

西门子828D数控系统具有的高度模块化、开放性以及规范化的结构，适用于各中小型机床，调试简易方便。通过这种先进的功能性强的数控系统来改造机床，实现节约成本、增加效益是未来机床数控化改造的出路。

参考文献：

[1]汪木兰《数控原理与系统》.北京：机械工业出版社，2004.7（2008.6重印）

[2]SINUMERIK828D/828DBASIC简明调试手册10/2013

[3]SINUMERIK828D机床数据参数手册03/20136FC5397-4DP40-3RA1

[4]SINAMICS120调试手册01/20136SL3097-4AF00-0RP3

[5]SIEMENSSIMATICS7-200可编程序控制器系统手册2008年8月版本

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