模拟伺服驱动的老旧数控机床改造

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摘  要：通过具体实例，从系统选型、电气接线、安装调试等方面，为配置模拟伺服驱动的老旧数控机床改造提供一种方法。
    关键词：数控机床 改造 方法 数控系统 安装 调试

    济南二机床集团有限公司1台使用法国数控系统的定梁龙门镗铣床配有4个伺服控制轴（X、Y、Z、刀库）和1个主轴，伺服控制轴均安装外部增量编码器，使用西门子611A模拟伺服驱动装置和1FT5伺服电机，主轴使用611A主轴驱动装置和1PH6主轴电机。目前数控系统元器件老化，故障率高，系统经常死机，严重制约生产，为此，决定对该机床进行改造。
    一、改造方案
    1.数控系统选择
    机床西门子611A模拟伺服驱动装置、1FT5伺服电机、1PH6主轴电机性能和机械结构尚好，机械磨损较小。因此为节约成本，使改造周期最短，充分利用现有资源，数控系统选择原则是：①满足控制轴数要求。②数控部分提供足够PLC输入和输出点。③NC部分适合铣、削、镗，操作、编程、调试维护方便。④性价比高。⑤可提供-10V～+10V模拟量控制信号，控制611A驱动模块。⑥可使用外装编码器，实现伺服轴半闭环控制。
    综合比较，选择基于PROFIBUS总线，紧凑一体化的Sinu－merik802D数控系统。802D系统可控制4个进给轴和1个主轴，配置3个手轮和两块PP72/48输入输出模块，提供144个输入点和96个输出点。
    改造技术难点是802D系统和611A模拟伺服驱动装置的结合，现选择ADI4模拟驱动接口模块，该模块可控制4个带模拟设定值接口驱动装置，有4路输入用于TTL信号增量编码器。
    2.电气连接
    ADI4接口模块线路设计简单，1个802D系统通过Profibus总线连接2块ADI4接口模块，分别控制进给轴和主轴，电气接线见图1。使用ADI4模块的4路TTL信号输入连接增量编码器，可选择的方式有：①3个2500线和1个1024线编码器。②9000线、18000线、1024线、2500线编码器各1个。③3个2048线和1个1024线编码器。④9000线、18000线、1024线、2048线编码器各1个。本次改造选择方式①（作为选项功能，ADI4模块可连接光栅尺，则4路TTL信号输入是：3x2500，1x9000；3x5000，1x18000；4x2500；4x5000）。
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由于PROFIBUS总线传送输入输出信号，进行位置调节（速度给定和位置反馈信号），因此连接非常重要，应注意以下几点。
    （1）PP72/48的总线地址由模块上地址开关S1设定。第一块PP72/48的总线地址为“9”（出厂设定），若选配第二块PP72/48，总线地址应设定为“8”。
+ N. b; v" f2 X2 W" V8 b    （2）总线设备（PP72/48和驱动器）在总线的排列顺序没有限制，但总线上不允许出现相同地址。
) x% @* h- i$ M! n+ X    （3）PROFIBUS屏蔽网应与插头内部金属衬层保持良好接触，注意插头终端电阻开关位置。

二、安装调试

    1.安装机床的初始化文件
    硬件连接完成，调试前将第一、二块ADI4的PROFIBUS-DP地址分别设为16、15。为简化802D系统调试，802D系统工具盒提供机床的初始化文件。使用WinPCIN通信软件将初始化文件传入802D系统，进行系统初始化，步骤如下。
  J- S1 Y, p0 ]2 P- {% e9 G    （1）从WINDOWS的“开始”中启动WinPCIN通信软件。
: p+ J6 y# {7 z+ r& }. ^' y$ y! h    （2）选择WinPCIN中“二进制”通信方式，选择发送，WinPCIN出现选择发送文件窗口（图2）。
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（3）找到CONFIG文件夹，选择需要的初始化文件。
. ]: @* H. Z! u2 u" ^) T+ S    （4）在802D系统输入制造商口令，进入通信画面，选择“二进制”方式以及和WinPCIN相同的波特率，然后选择“读入启动”。
( \0 p' f$ y$ Z" A. Q  L: `. J1 F    （5）选择“OPEN”，开始中文安装。802D屏幕提示“读启动数据？”，按软菜单键“确认”，传输继续进行。传输过程中，802D有若干次自动启动，时间大约4min。
# O% {! b( v7 K$ E+ `    初始化配置系统坐标和车床、铣床工艺参数，而且安装机床的加工工艺循环。如本次改造机床使用3个2500线和1个1024线TTL方波编码器，则使用WINPCIN将TOOLBOX中的配置文件ADI4.INI和1-ADI4.WPC传输至802D系统。若PROFIBUS-DP通信电缆正常，传输文件成功后，ADI4上PW诊断指示灯绿灯亮，EXCH绿灯亮，反之PW绿灯亮，RDY红灯亮。初始化完成，进行后续操作。

    2.PLC调试
5 m/ R/ V( r; K    使用programingtoolplc802编程软件进行PLC调试。Sinumerik802DTOOLBOX中有铣床标准PLC程序，根据机床动作要求，修改标准PLC程序，然后通过传输线下载至802D系统进行调试。
6 ]& O" s( X& M. R# Y    （1）使用“802D调试电缆”连接计算机和802D的COM1。
    （2）802D必须进入联机方式：系统→PLC→STEP7连接→设定通讯参数→选择“连接开启”，联机界面见图3。

（3）启动PLC编程工具，进入通信画面，设定通信参数，将编译无误的PLC应用程序下载至802D。
& {- L6 f/ G  v) g" h: k    （4）下载成功后，启动PLC应用程序。
1 c5 w! R- l1 [) i. B7 C/ S    （5）可利用programingtoolplc802监控梯形图和内部地址状态，还可利用“交叉引用表”检查地址是否冲突。

    3.PLC报警文本
3 K' q: i4 N, u" f% z    使用TextManager软件编辑PLC报警文本，通过232口传入系统。系统提供64个PLC用户报警，每个报警对应1个NCK地址位，将该位“置1”可激活对应报警，“置0”则清除报警。
) a# B* C" t% D6 y. t3 s0 H    4.机床数据调试
, e) ^/ \9 S) y" u% m    根据机床特性，设置机床各轴减速比、各轴允许运动速度、各轴加减速参数、各轴回零参数、各轴正负软限位等参数。
# C8 k- o% _# R' h) j, @$ k8 z    5.参数备份
    数据备份十分重要，机床基本调试完毕，即可进行参数备份。802D系统提供多种数据备份方法，如系统数据可在系统内部、PC卡或计算机硬盘备份。
; c* R& j' ], _* _' d: Q/ l    三、改造效果
    改造后的数控龙门镗铣床功能完善，操作简便，加工产品质量稳定可靠。目前仍有不少配置模拟伺服驱动装置的老旧数控机床，服役多年，数控系统电子元器件趋于老化，而机床模拟伺服驱动装置和机械部分尚可使用，上述实例为此类设备的改造提供了一种方法。