基於西門子 828D 的數控銑床改造控製係統及電氣應用的配置（zhì）應用設計
2020-6-18 來（lái）源： 平高集團有限公司 作者：李超 李曉（xiǎo）輝 譚愷陽 劉曉可 崔文霞
摘（zhāi）要：由於數控加工機床（chuáng）設備對（duì）係統穩定性要求很高，因此（cǐ）本（běn）文采用德國西（xī）門子公司的SINUMERIK；828D PPU 241.3 Basic M水（shuǐ）平型；伺服驅動（dòng）部（bù）分采用（yòng）與 828D 配套的 S120 伺服驅動及配套的電機，內（nèi）置 PLC,以使（shǐ）用梯形圖編程方（fāng）式的（de） SIMATIC S7-200 指令（lìng）組為基礎，所選輸入/輸出點數滿足機床控（kòng）製要求，設計 PLC 程序及報警文本，確保機（jī）床工作穩定可（kě）靠，監控報警全麵有效，方便操作及維護。
關鍵詞：西門子 828D；數控銑（xǐ）床；控製係統改造；電氣控（kòng）製
0 引言
許多電器設備都要（yào）求運行在特定的環境條件下，溫度過低、溫度（dù）過高、過大都會對電力設備的安全運行構成威脅。為了提高（gāo）設備運行的可靠性，本文采用德國西門子公司的 SINUMERIK；828D PPU241.3 Basic M 水平（píng）型，整套裝置由西門子公司提供。
允許環境溫度：貯存及運輸-20~70℃，工作 0~55℃。I/O 模塊與 PROFIBUS 連接，提供 72 點數字輸（shū）入和 48點數字輸出 （24V，0.25A），I/O 可擴展。SINUMERIK；828D PPU 241.3 Basic M 水平型采用機電一體化設計結構，機床的所有操作均可在機床（chuáng）控製麵板上實現。
機（jī）床采（cǎi）用三相 380V 交流電源供電，機床電氣總功率約 10KW，機（jī）床總電流 50A。
1 、總體方案設計
本文（wén）采用德國西門子公司的 SINUMERIK；828DPPU241.3 Basic M 水平（píng）型；
①主要係統係統配置（zhì）：SINUMERIK828D 是基於麵板的數控（kòng）係（xì）統（Panel processing unit）。CNC、PLC、操作麵板和 5 軸驅動控製（標配）都集成在（zài）一個（gè）單元中。這種結構可以省去 CNC 電（diàn）路板和操作麵板之間的硬件接口, 從而大大提高係統的耐用（yòng）度。
並且為了確保免維護運行,係統沒有使用如風扇和緩衝（chōng）蓄電池等易損件。CNC 操作麵（miàn）板配備了專用於（yú）車銑工藝的（de）係（xì）統軟（ruǎn）件: BASIC M PPU24x，適（shì）用於水（shuǐ）平型的操作麵板（bǎn）外殼內置 QWERTY CNC 全鍵盤，帶有短行程機械按鍵。因此可以直接輸入（rù）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（èr）行字符。
鍵盤的防護等級達到 IP65。操作麵板正麵有 USB、CF 卡和以太網接山此外，背麵也有以太網接凵，用於接入工）網（wǎng）絡。基於 PROFINET 技術的（de） PLC I / O 接口 1，用於連接 PLC 外設和機床控製而板。PP72/48DPN 和PP72/48D2/2APN，用作 PLC 外設模塊。可連接 2 個（gè）手輪（lún），銑削應用中可最多使用 5 根進給軸/主軸（zhóu）。 1 個加工通道及運行方式組。內置（zhì） PLC以使（shǐ）用梯形圖編程方式的SIMATIC S7-200 指令（lìng）組為基礎，所選輸（shū）入/輸出點數滿足機床控製要求（qiú），設計 PLC 程序及報警文本，確保機床工作穩定可靠（kào），監控報警全麵有效，方便操作及維護。
②SINAMICS S120 驅動係統。本（běn）機床采（cǎi）用s120 驅動（dòng）係統，整套（tào）裝置由西門子公司提供。允許環境溫度：貯存及（jí）運輸-20~70℃，工作 0~55℃SINAMICS 驅動係統之一的（de） SINAMICS S120 具有模塊化設（shè）計，可（kě）以提供高性能的單軸（zhóu）和雙軸驅動，具有廣泛的（de）工業應用價值。
1）進給軸驅動模塊配置。X、Y、Z、各軸進給驅動采用 Smart Line Module; 16.00k W（智能線路模塊；16 千瓦）18 A 雙電機模塊；9 A 雙電機模塊；進線電（diàn）抗器等驅動裝置組件，實現機（jī）床各軸的進給控製。其中 Z 軸電機內置抱閘。各伺服電機（jī）防護等級IP67。
2）主軸單元模塊配置。主（zhǔ）軸部分采用 7KW 的 1PH8 伺服主軸電機及 S120驅動替代原主軸變頻器及電機。重新編（biān）寫本機床的換擋程序，結合換擋指令的變化而實現（xiàn）自動換擋功能。
3）機床的 X、Y、Z、SP 供電係統及伺服電機（jī）模塊（kuài）配置（zhì）。X 軸電機供電電纜（lǎn）：5 米無製動電纜（lǎn），快速連接（固定安裝）；5 米（mǐ） DRIVE-CLi Q 電纜；DRIVE-CLi Q 電纜、防護等級 IP20 / IP67（固定安（ān）裝）；同步伺服（fú）電（diàn）機；功（gōng）率 2.29 千瓦；軸高度 63 毫米。
y 軸電機（jī）供電電纜：5 米（mǐ）運（yùn）動連接無製（zhì）動電纜，快（kuài）速連接（固定安（ān）裝）；5 米 DRIVE-CLi Q 電纜；DRIVE-CLi Q 電纜、防護（hù）等級 IP20 / IP67（固定安裝）；同步伺服電機；功率2.29 千瓦；軸高度 63 毫米。Z 軸電機供（gòng）電（diàn）電纜：10 米與製動電纜，快速連（lián）接（固定安裝）；10 米 DRIVE-CLi Q 電纜；DRIVE-CLi Q 電纜、防護等級 IP20 / IP67（固定安裝）；同步伺服電機（jī）；功率 2.29 千（qiān）
瓦；軸高度（dù） 63 毫米。
主軸電機（jī）供電電纜：10 米無製動電纜（固定安裝）；10米 DRIVE-CLi Q 電纜；DRIVE-CLi Q 電纜、防護等級 IP20 /IP67（固定安裝）。
③機床電氣控製單元。電源（yuán）模塊（kuài）配置滿足主軸及進給要求，並配相應的進線（xiàn）電抗器與電源濾波器（qì）製作分體式主（zhǔ）電櫃櫃體，更換電氣櫃內所有（yǒu）低壓電氣元件。電櫃內的斷（duàn）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、接頭等均為國內優質品（pǐn）牌件（jiàn）。
櫃內器件采用封閉式（shì）線槽走（zǒu）線方式，布線符合電氣走線工藝標準，同時也便於檢（jiǎn）測維修；接線端線號管用打號機打印，標號清晰、耐油不脫落。用國內品牌電纜更換失效的機（jī）床外部電纜（lǎn）。采（cǎi）用（yòng）歐姆龍或（huò）安士能（néng）產品更換失效的限（xiàn）位開（kāi）關、壓力開關（guān）。
1） 機床供電的基本要求。本機床必須采用（yòng）交流電（diàn）源（三（sān）相四線製）供電。電線（xiàn）直徑不得小於推薦截麵積，端部必須采用（yòng）額定容量的冷壓接線（xiàn）端子牢固壓接。否則易導致局（jú）部過熱引發火災。
本機床必須有牢固可靠（kào）專用接地螺釘接地。機（jī）床工作廠地不許具（jù）有高（gāo）頻發（fā）生器之類的設（shè）備。
2）機床通電前的檢查。必須確認保護接地線（xiàn）已經牢固可靠的接（jiē）在機床指（zhǐ）定的螺釘上。檢查配電箱內的接觸器、空氣開關、繼電器，確認無鬆動、脫（tuō）落。檢查數控係統的電源模（mó）塊、驅（qū）動模塊、IO
模塊，確認接線無（wú）鬆動、脫落。
3） 機床送電。機床通電前的檢查工（gōng）作（zuò）全（quán）部做完切無誤，機床具（jù）備送電（diàn）條件可以送電。合上總電源開關，操作麵板上的電源指（zhǐ）示燈點亮（liàng），若電源指示燈不亮，請檢查三相電源，如電源正常請檢查電源指示燈（dēng）是否損（sǔn）壞。首次通電必須確認電源相序。電源相序錯誤（wù）會引發一係列不應發生的故障：如冷卻泵不上水、潤滑油位。
4）數控係（xì）統送電。確認電氣箱門完全關上，若（ruò）在開啟狀態，注意是否在檢修中（zhōng）。確認所有冷卻風扇動（dòng）作正常。合上總電源開關，數秒鍾後顯示屏亮，等係統完全啟動後，係統處於參考點操作方式，此時請鬆開急停，然後按按鈕加載驅動（dòng）使能。數控係統上電完成並進入可操作狀態。如有（yǒu）報警存在，請查清（qīng）故障原因清除報警（jǐng）後再操作機床（chuáng）。
5）機床斷電。確認機床的所有操作停止，機床處於停止狀（zhuàng）態。按下急（jí）停開關。關斷電源總開關。
6）冷卻控製。本機（jī）的工件冷卻有自動和（hé）手動兩種控製方式。在 AUTO 和 MDA 方式（shì）下，可（kě）用 M08 指令接通冷卻電機（jī），M09 指令斷開（kāi）冷卻電機；手動可以通過（guò）機床控製（zhì）麵板上的“冷卻”啟停；床頭箱操作板上的冷卻按鈕也可控製冷卻的啟停。另外急停和複位也可以使冷卻停止。
7）潤滑控製。本機床采用集中自動潤滑，請定期檢查機（jī）床（chuáng）的潤滑情況。當潤滑液麵低的時候，機床會發出潤滑液麵低（dī）的提示信息，這時請添加潤滑油。
8）機床超程和解除。在（zài）操作過程中，由於某種原因（如操（cāo）作失誤、編程錯誤）可能會使（shǐ）機床刀台在某一方向的移動位置超出由機床數據 MD36100、MD36110 設（shè）定的機床行程，數控係統會顯示報警並停止軸的（de）移動，此時沿著反方向移動即可消除報警。
9）緊急停止操作。不管在哪種工作方式下，如有（yǒu）急緊情況需要立即停止機床的運轉（zhuǎn），請按（àn）下急停開關。按下操作麵（miàn）板上的急停開關後，不論在（zài）何（hé）工作方式下，機床所有軸的進給，主軸的旋轉都會立即減速停止，並在顯示器上顯示 3000 急停報警信息。提示處於急停狀態，解除急停時，請順時針方向旋轉急停開關，當機床恢複到正常狀態時，按下複位鍵報警信息會（huì）自動消除。引（yǐn）起急停的（de）原因有：拍下（xià）了急停開關、驅動器出現故障，當引起急停的原（yuán）因排除後，按（àn）複（fù）位可退（tuì）出急停。
10）複位。當係統處於（yú）自動或數據輸入方式時按下機床操（cāo）作麵板上的複位（wèi）按鈕，機床所有坐標軸減速停止，主軸轉（zhuǎn）動停止，此時 NC 係統處於複位狀態，可重新選擇工作模式，進行其它操作。
④係統 CF 卡的使（shǐ）用。828D 係統的 PPU 上具備兩個 CF 卡插槽；用戶（hù） CF 卡插口位於（yú）麵板正麵的保護蓋下麵，帶有（yǒu）係統軟件的 CF 卡槽位於後（hòu）保護板上。保存係統軟件的 CF 卡；提供的係統軟（ruǎn）件 CF 卡是自引導（dǎo）啟動式存儲卡。在運行 PPU 時必須使用係統軟件 CF 卡。除了（le）工藝專用的 SINUMERIK828D 係（xì）統軟件和 SINAMICS 固件外，係統軟件 CF 卡上還包含版（bǎn）本信息（序列號、版本、型號名稱）許可證密鑰。
因此，CF 卡（kǎ）可以插（chā）入到其（qí）它 PPU 中，無需更改許（xǔ）可證。
2 、結論
針（zhēn）對老係統（tǒng）存在的故障多、穩定性差等問題，對老係統機床進行數控（kòng）係統更新改造是提高生產效率和設備穩定性（xìng）重要手段。本文提出了采用西門子 D828D 數控（kòng）係統來改造（zào） ZK7640 數控（kòng）鏜銑床，主要完成（chéng）了 ZK7640 數鏜銑床（chuáng）改造中的數（shù）控裝置、伺服裝置驅動係（xì）統（tǒng）側選型（xíng）和配置（zhì），係統連（lián）接和（hé）各部接口（kǒu）的連（lián）接，常用參數、主軸參（cān）數、伺服參數的設定。改造（zào）後的機床運轉正常穩定達到了改造目的。
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