【西门子802D数控化控制系统设计】 西门子控制系统

　　摘 要:数控技术的进步,提高了工业生产的效率,降低了工业生产的成本。不同的工业种类、生产需求,对数控技术的要求又是不同的。本文就是根据我公司的现实生产需求,对现有的车床进行数控化的改造,以西门子802D为例,进行介绍。

关键词:西门子 数控 控制 802D

中图分类号:TP27 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(a)-0027-01

数控技术的发展对工业生产带来了革命性的影响,数控技术和数控设备的先进性已经成为衡量一个国家、企业数字化的重要标准。虽然这项技术的先进性使得许多企业跃跃欲试,但是一个现实问题就是在数控建设初期,设备的购买、安装所耗费的费用往往使许多企业难以承受。[1]特别是数控设备的更新换代,如果不能科学规划的进行,实质上会造成企业的巨大浪费。所以,数控技术的发展并不是一种完全清零的更新,它也包括对现有数控系统进行优化和改造。

1 数控系统的选择

根据我公司的现实生产需要,综合经济、效率、实用性等多方考虑,我们选择西门子802D数控系统来进行优化控制设计。该系统是一种经济型的数控系统,主要操作对象是针对车床和铣床。系统的功能性强,核心部件PCU将CNC、PLC、HMI和通讯等功能集成于一体。系统操作的可靠性强,安装方便,在安装以后可以免于维护运行。系统的运行主要依靠内置的PLC系统,设计过程简单,周期较短[2](如图1)。

2 PLC的设计与调试

为了使PLC子程序的效果发挥到最佳状态,我们根据现有机床的特点,对其做了一定的改造。将原有的冷却泵、电动机、刀架电动机等予以更换,增加了能够用于PLC控制的主轴箱油泵电动机和导轨润滑的电子泵。PLC控制系统的作业,其本质依旧是通过对数据的采集和处理来完成,所以要使PLC能够作业,我们就需要将信息通路分为输出和输入两个部分,分别采用DP48/72进行采集。802D系统中,对所有的用户提供了一个标准的车床应用程序,也就是在这个标准程序的基础上我们可以根据自己的需要进行改进,是逻辑控制符合各自的需求即可。在调试PLC用户程序时,需做以下的工作:(1)用802D调试电缆将计算机和802D的COM1端口连接;(2)802D进入联机方式:系统→PLC→STEP7连接→设定通讯参数→选择“连接开启”;(3)启动PLC编程工具,进入通讯画面,设定通讯参数;(4)在拥有一个编辑无误的PLC应用程序时,利用编程工具软件将该应用下载到802D中。下载成功后,需要启动PLC应用程序。

在完成对主轴以及相关各个进给轴的调试以后,本次数控改造车床所应该具备的功能才最终与PLC程序对应起来,为了方便操作人员的个人操作需求,将一些个性需求的功能定义在自定义键上。

就电气控制而言,机床主轴的控制是有别于机床伺服轴的。一般情况下,机床主轴的控制系统为速度控制系统,而机床伺服轴的控制系统为位置控制系统。换句话说,主轴编码器一般情况下不是用于位置反馈的,也不是用于速度反馈的,而仅作为速度测量元件使用。本改造机床主轴驱动单元使用了带速度反馈的驱动装置以及37kW标准主轴电机,主轴可以根据需要工作在伺服状态,所以主轴编码器作为位置反馈元件使用。此外采用的变频器是MM 420西门子变频器。

802D数控系统配置变频主轴时,变频器0-10V的指令电压是通过611UE的X411端口上的75A和15给出的,正反转指令是通过X453端口上的Q0A和Q1A给出的。在系统初始化后,NC系统已成为车床的标准化配制,按说明书要求依次设置进给轴参数,主轴参数,再利用准备好的驱动器串口调试电缆将计算机与611UE的X471端口连接起来;启动伺服驱动器调试工具。

SimoCom U,选择联机方式;进入专家表(Ctrl+E),配置电机参数[3]如下。

P890=4编码器信号源来自X472接口;

P922=104主轴信号的 PROFIBUS报文类型;

P1007=1024编码器线数外装编码器每的转脉冲数。应与主轴参数MD31020相同;

P915[8]=50103总线给定值配置:模拟输出送到X441的端子75A和15;

P915[9]=50107总线给定值配置:数字输出送到X453的端子Q0A和Q1A。

在SimoComU的主画面上选择存储数据,再选择上电复位。这样就完成了模拟主轴相关伺服驱动器的参数设置。

3 所实现的数控机床的基本功能

回参考点功能:系统上电后,选择“回参考点”模式,然后操作进给轴启动按钮。此时,机床自动寻找参考点。

AUTO方式:先进入‘PROGRAM’软键,只需要对所需程序进行装载,装载完成,启动程序自动运行。程序装载的方式有两种,可以自行在编辑状态下完成程序的编辑,直接存储后即可运行;也可是在其他的编程程序中进行编辑,完成后移植或者传入到数控系统中。

增量点动功能:在此功能下,你可以设定1、10、100μm等方式控制移动轴。另外,该机床数控化改造可增加手摇脉冲发生器,可对操作带来极大便利。

MDA方式:在此方式中,操作人员能在NC控制下单程序段的运行,可以通过键盘直接输入程序。

设定实际值功能:操作人员可将零点偏置的数据输入到实际值存储器中进行预设。操作人员在设定实际值之前应先输入刀具补偿数据,包括尺寸、刀号、补偿方向和刀具类型等。

4 结语

PLC是整个数控系统中最为核心、重要的一部分,在众多的数控系统中,西门子PLC程序的最大特点就是简便操作,能够灵活的处理各种机床控制的技术需求。但是采用不同的PLC子程序所产生的效果也是不同的,要实现数控机床终端的匹配,必须选择合适的PLC程序与之对应。本文选择的802D系统,在经过改造后运行效果良好,使旧的机床设备重新发挥了生产价值,提高了企业的生产效率,同时控制了数控改造的成本。

参考文献

[1] 李南,张博，等西门子802D数控系统在DPS1800车床数控改造中的应用[J]机床与液压,2009(5):181～182

[2] 陈平信西门子系统与数控机床改造[J]中国设备工程,2008(12):12～16

[3] 李河水,孙淑敏,刘志安FANUC OI 数控系统数据备份和恢复[J]设备管理与维修,2008(9):24～27

CB400F的机油泵位于发动机内部。机油泵的作用是将机油从油底壳吸入，然后通过油道输送到发动机各个润滑部位，确保发动机的正常润滑和冷却。机油泵通常位于发动机的底部，与曲轴相连，通过曲轴的旋转来驱动机油泵的工作。

通过将机油泵放置在发动机内部，可以确保机油泵能够及时吸取并输送机油，从而保证发动机的润滑效果。此外，将机油泵置于发动机内部还可以减少机油泵与其他部件之间的连接管路，提高机油泵的工作效率和可靠性。

在CB400F这款摩托车上，机油泵通常位于发动机底部的油底壳内部。这样设计的好处是可以最大限度地减少机油泵与其他部件之间的管路长度，减少机油泵的压力损失，提高机油泵的工作效率。同时，将机油泵放置在发动机内部还可以减少机油泵受到外界环境影响的可能性，提高机油泵的可靠性。

需要注意的是，不同车型的具体设计可能会有所不同，所以在具体操作或维修时，最好参考车辆的维修手册或咨询专业人士来确定机油泵的具体位置和维修方法。

1、首先操作面板，按下设置键进入相关页面，会发现CNC设置这一项，按下对应键跳转。

2、其次打开系统时间，选择按下相关的软键，通过转换按键来进行时间的定位。

3、最后等定位时间以后，就通过方向按键来进行设置，即可设置时间。

喷油泵结构图示

以下谨详细介绍喷油泵。

喷油泵有等三大类，不管哪一类，喷油泵的关键在于一个“泵”字。泵油的数量、压力和时间都要非常精确，并且按照负荷自动调节。喷油泵是一个加工精细，制造工艺复杂的部件，现代，国内外一般汽车柴油机的喷油泵都是由世界上少数几个专业厂生产的。

以直列式喷油泵为例看“泵”是怎样工作的：

喷油泵要有动力源才能运转，它下部的凸轮轴是由发动机曲轴齿轮带动的。

喷油泵的关键零件是柱塞，如果以医院常见的注射器做比喻，那么可移动的塞子就称为柱塞，针筒就称为柱塞套，假设在针简里面安装一只弹簧顶着柱塞一端，柱塞另一端接触凸轮轴，当凸轮轴回转一周，柱塞就会在柱塞套内上下移动一次，这就是喷油泵柱塞的基本运动方式。

柱塞与柱塞套是加工十分精密的配套件。柱塞身上有一道倾斜槽，柱塞套上有小孔称为吸入口，这个吸入口充满着柴油，当柱塞倾斜槽对着吸入口时，柴油进入柱塞套内，柱塞被凸轮轴顶至一定高度时，柱塞倾斜槽与吸入口错开，吸入口被封闭，使柴油既不能吸入也不能被压出，柱塞继续上升时压迫柴油，柴油压力到一定程度就会顶开单向阀蜂拥而出进入喷油嘴，再从喷油嘴进入气缸燃烧室。

这里特别要指出的是，柴油机都有进油管和回油管，进油管容易理解，那么回油管干什么用呢？原来柱塞每次排出一定量的柴油，只有一部分喷入气缸，其余部分则由回油孔泄走，并利用增减泄走的回油量来调节喷油量。

当柱塞上升至“上止点”后往下移动，柱塞倾斜槽又会与吸入口相遇，柴油又被吸进柱塞套里面，再次重复上述的动作。直列式喷油泵每一组柱塞系统对应一个气缸，4个气缸就有4组柱塞系统，因此体积比较大，多用在中型以上汽车。例如公共汽车和大货车上的柴油机一般用直列式喷油泵。

轿车及轻型汽车柴油机上的喷油泵一般是分配型，具有体积小重量轻，零件少构造简单的优点。它用两组柱塞系统（或者一组柱塞系统）加压，柴油分别送入各个喷油嘴。

它的基本工作原理就是在泵里面有两组对置柱塞安装在叶轮上，叶轮被发动机带动转动时，柱塞也随之转动，由于凸轮环的凸起部分压动柱塞，使柱塞发挥象泵的作用一样向叶轮中央的送油孔压送柴油，这时送出去的柴油充满了分配器入口处，然后按各气缸顺序排列喷射。

由于两组柱塞系统（或者一组柱塞系统）的动作转数与气缸数目成比例增加，因此该种喷油泵受到汽缸数目及最高转速的限制。

随着柴油机技术的发展，又兴起一种单体式喷油泵形式（称为单体泵或者泵喷嘴），它实际上是将上述两种型式的喷油泵“化整为零”，发动机每个气缸燃油喷射由各自的独立喷射单元（单体泵或者泵喷嘴）来完成。

对于单体泵而言，喷油泵与喷油嘴之间用一根很短的高压油管相连，而对于泵喷嘴而言，喷油泵与喷油嘴组合为一体，直接安装在柴油机气缸盖上，由顶置凸轮轴驱动。它们的最大优点是能够减轻或者消除在柴油流动和喷射的过程中，在高压油管内所形成的压力波影响。因为这个压力波会妨碍着喷油系统与负荷、转速的良好匹配，并会随着高压管的长度增长而增大。

因此，缩短高压油管的长度（喷油泵的设计思想）或干脆不要高压油管（泵喷嘴的设计思想），减少柱塞与喷油嘴之间的高压容积，可以得到接近于凸轮轮廓线所规定的供油规律。尤其是泵喷嘴，早在十几年前已经应用在通用汽车上，如今有电子技术的精确控制，使其性能得以提高

电机过载的意思是负载过大造成热保护断路器动作，检测一下是不是油泵输出的油压力是不是调整过高不是机床出厂的值，触摸一下电机表面的感觉一下电机的温度是否很高，如果很高的话，那么先让电机冷却一段时间后，再将热保护断路器复位，测试机床油泵是否工作正常。建议先电工来检修。

机油泵的作用是将油底壳中的机油加压，然后压向机油滤清器和润滑油道，润滑发动机的主要运动部件，过滤机油。发动机工作时，机油泵不断工作，从而保证机油在润滑油路中不断循环。在发动机的各种工况下，机油泵应保证有足够的润滑油供给。由于机油泵的转速与发动机转速成正比，所以在低速时机油泵的供油能力最差。因此，设计时应考虑油泵在低速时有足够的供油。

油泵的工作原理：

齿轮油泵具有运行可靠、结构简单、制造方便、泵压高的特点，因此得到广泛应用。

发动机工作时，凸轮轴上的主动齿轮带动油泵的传动齿轮，使固定在主动齿轮轴上的主动齿轮转动，从而带动从动齿轮反向转动，将油从进油腔沿齿隙和泵壁送入出油腔。这样在进油腔处形成低压，产生吸力将油底壳中的油吸入油腔。随着主动齿轮和从动齿轮的不断旋转，机油被不断压到所需的位置。

油泵的应用：

机油泵在内燃机中的应用越来越多。同时在半导体、太阳能、LCD等工程领域也有一定的作用。近年来，随着加工技术的发展，汽车油泵——摆线转子泵开始应用于缝纫机，特别是一些带有全封闭自动润滑系统的机型，如包缝机、平缝机等。

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汽车油箱怎么设计的？

汽车在上下坡、加速、减速时，油箱内的油会出现抖动，那么油箱内部如何设计才能保证油泵在行驶过程中不会因为油抖而导致吸油失败，油位低？老式汽油泵结构简单粗暴，一个支架，一个泵芯，吸油口上有一个粗滤器。

在油箱底部设计一个相对较低的区域，将油泵放在底部即可，这种结构几乎可以在完全静止的情况下抽油非常干净，但是当汽油量太少时，上坡和下坡时很容易漏油，过去，许多面包车都使用这种油泵。

又是跑高速时关闭服务区，油表灯亮了，我跑了差不多60公里，由于汽车行驶时燃油泵一直在工作，需要为喷油器提供足够的喷油压力，如果燃油泵不能吸油，就会造成供油不足，影响发动机功率。

汽车的油箱采用工程塑料制成，内部有多层特殊材料，防止油气泄漏，防止碰撞时油箱摩擦燃烧和爆炸，不规则的形状主要是为了便于在车后部安装和布置，基本上，油箱上的各种管路和止回阀。

一方面保证燃油流出，另一方面保证油箱内因高温晃动产生的油气能够排出，油箱内部是燃油泵，通常位于油箱的最低位置，以保证最大限度地泵送燃油，现在汽车的燃油泵是放在油箱里面的。

为保证燃油泵能完全吸收燃油，在设计燃油箱时，在燃油箱上专门设计了一个孔，将燃油泵放在里面，该孔是油箱的最低平面，当车辆倾斜或下坡时，孔内始终有足够的燃油，以防止燃油耗尽。

有些汽车没有通风孔，但设计有燃油泵用于额外的油箱，有些油箱设计有挡油板，以防止燃油随车携带，倾斜油泵以切断油，由于油泵设计为通过安装在油箱底部的储油箱吸油，因此希望在油量变低和油面上下倾斜时，尽量减少对吸油功的影响。

当然，你会觉得，如果油箱中的油量低到一定程度，油位就会有起有落，无油可吸，事实上，虽然理论上可能会出现这种情况，但现实中基本不是这样，这是因为设置在油箱中的油位传感器已经考虑到了这个问题。

当燃油油位低到一定程度时，它会提醒油箱燃油快用完了，提示驾驶员加油，但是，如果油量少，上下坡很陡，你担心的问题可能真的出现了，发动机吸不到油，但这种情况太过极端，几乎没有发现。

现在很多汽车都使用了一种新型的汽油泵，设计非常巧妙，油泵不直接从油箱吸油，而是安装在储油杯内，储油杯底部有一个吸油口，只允许汽油进入油杯，油杯中的汽油不能流出。

油泵工作时，只吸油杯中的油，油泵输出的一部分汽油通过管道带动油杯底部的喷嘴，利用汽油产生的真空，流量继续将油箱中的汽油吸入油杯中，这种油泵的油箱只要油箱不空，油杯就会一直是满的，自然不用担心上坡下坡吸不上油了。

有的出油口接在油箱的最低位置，有的油箱有油泵，上下坡不会造成油箱出油管漏油，除非油量很少，当油位达到最后一格时，仪器会报警提示油位过低，这时候我们就去加油站加油，当警报响起时，汽车通常可以开到加油站，留有足够的缓解空间。

不管是上坡还是下坡，油箱里的油都会来回倾斜，因此，在设计油箱时，通常会先进行模拟试验，通过模拟试验可以发现，无论怎么倾斜，油泵都不能将油箱内的油吸尽，通常会留下05-15升左右。