哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司的 C5345m 立車是原蘇聯(lián)在 20 世紀(jì) 60 年代生產(chǎn)的。設(shè)備長年運(yùn)行，電線老化，故障率高，已經(jīng)影響公司的生產(chǎn)任務(wù)的完成，但是該機(jī)床的機(jī)械剛性極好，為此決定對(duì)此設(shè)備進(jìn)行數(shù)控改造。

　　在設(shè)備改造中，整個(gè)邏輯控制器部分采用了802D SL CNC 的內(nèi)置 PLC 控制。左刀架由西門子交流伺服電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，位置及速度由 802D SL CNC 控制。主軸控制是由直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，有晶閘管調(diào)速裝置（6RA70）并通過對(duì)電動(dòng)機(jī)電樞的反向?qū)崿F(xiàn)可逆運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)行了控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)、造型和安裝調(diào)試。設(shè)備改造后，機(jī)床運(yùn)行穩(wěn)定可靠，加工出合格產(chǎn)品，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

1 數(shù)控系統(tǒng)的構(gòu)成

　　車床改造的數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成，如圖 1 所示。2 802D SL 數(shù)控系統(tǒng)的軟、硬件結(jié)構(gòu)簡介SINUMERIK 802D SL 是一個(gè)集成所有數(shù)控系統(tǒng)元件（數(shù)字控制器、可編程序控制器和人機(jī)操作界面）于一體的操作面板安裝形式的控制系統(tǒng)。所配套的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接口采用西門子公司全新設(shè)計(jì)的可分布式安裝以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，外部設(shè)備通過現(xiàn)場(chǎng)控制總線 Profibus DP 連接。調(diào)試和維護(hù)都更加方便。

圖 1 車床數(shù)控系統(tǒng)的構(gòu)成

　　1）PCU210.3 為系統(tǒng)提供強(qiáng)大的處理功能，如圖 2 所示。

圖 2 PCU210.3 強(qiáng)大的處理功能

　　2）SINAMICS S120 具有高速高效高準(zhǔn)確度，為機(jī)床提供動(dòng)力。緊湊的結(jié)構(gòu) ；連接簡單 ：DriveCliQ 總線 ；更高的可靠性 ；配備具有“電子銘牌”的驅(qū)動(dòng)部件和電動(dòng)機(jī) ；可配置各種位置測(cè)量系統(tǒng) ；驅(qū)動(dòng)控制器與數(shù)控系統(tǒng)集成 ；調(diào)試簡單 ；可通過 NC 直接調(diào)試 ；驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)包含在數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試數(shù)據(jù)中 ；通過優(yōu)化工具 Start Up Tool 可進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化和手動(dòng)優(yōu)化。

　　3）調(diào)試工具 ：系統(tǒng)出廠即為就緒待用狀態(tài)。系統(tǒng)軟件為 V1.4 以上 ；驅(qū)動(dòng)器調(diào)試工具 ：STARTER4.0（Sinamics firmware 2.4）；驅(qū)動(dòng)器配置工具 ：SIZER ；NC 調(diào)試工具 ：RCS802 ；驅(qū)動(dòng)優(yōu)化工具 ：Start up tool。

3 PLC 控制軟件的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)調(diào)試方法

　　在 802D SL 的各個(gè)部件正確連接后，首先應(yīng)設(shè)計(jì)并調(diào)試 PLC 的控制邏輯。至關(guān)重要的是必須在所有有關(guān) PLC 的安全功能全部準(zhǔn)確無誤后，才能開始調(diào)試驅(qū)動(dòng)器和 802D SL 參數(shù)的調(diào)試。

　　按照設(shè)計(jì)的電氣原理圖連接機(jī)床控制面板和輔助操作臺(tái)信號(hào)，把機(jī)床的輸入 / 輸出點(diǎn)信號(hào)連入PLC 的 I/O 接口。分配好 I/O 地址表、PC 數(shù)據(jù)表。根據(jù)該立車機(jī)械、液壓、電氣和數(shù)控的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，繪制控制流程圖，按照一定的邏輯控制、互鎖保護(hù)外，用最少的步數(shù)、最短的順序處理時(shí)間和易于理解的邏輯關(guān)系編程以及報(bào)警文本。在計(jì)算機(jī)中安裝Program Tool PLC802 軟件，用準(zhǔn)備好的“直連網(wǎng)線”將計(jì)算機(jī)和 802D SL 的 X5 連接起來。將編譯無誤的 PLC 應(yīng)用程序下載到 802D SL 中。利用軟件監(jiān)控梯形圖狀態(tài)或軟件地址狀態(tài)。

4 驅(qū)動(dòng)調(diào)試

　　當(dāng)確認(rèn) PLC 應(yīng)用程序正確無誤后，即可進(jìn)入驅(qū)動(dòng)器的調(diào)試。驅(qū)動(dòng)器調(diào)試步驟是 ：1）裝載 SINAMICSFirmware，確保驅(qū)動(dòng)器各部件具有相同的固件版本。2）裝載驅(qū)動(dòng)出廠設(shè)置。3）拓?fù)渥R(shí)別和確認(rèn) ( 快速開機(jī)調(diào)試 )。值得注意的是，在啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)調(diào)試向?qū)нM(jìn)行驅(qū)動(dòng)調(diào)試之前，必須斷掉驅(qū)動(dòng)器的所有使能。

圖 3 驅(qū)動(dòng)調(diào)試

5 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

　　C534 立車主軸電動(dòng)機(jī)額定參數(shù)為 100 kW、380 V、273 A 和 1 000~1 800 r/min，If=6.6 A，Uf=220 V，所以選用 400 V 的晶閘管整流裝置 SIMOREG 6RA70。主電路、勵(lì)磁電路進(jìn)線均有進(jìn)線電抗器和快速熔斷器。選用6RA70 如下一些接口控制信號(hào) ：控制使能（38 端子）、啟動(dòng) / 停止（37 端子）、裝置故障（46 端子）、裝置準(zhǔn)備好（48 端子），主回路上電確認(rèn)（110 與 109 端子）。6RA70 SIMOREG DC MASTER 系列整流器為全數(shù)字緊湊型整流器，輸入為三相電源，可向變速直流驅(qū)動(dòng)用的電樞和勵(lì)磁回路供電，電樞和勵(lì)磁回路所有的調(diào)節(jié)和傳動(dòng)控制功能由兩片高效微處理器控制，通過參數(shù)構(gòu)成的程序模塊來實(shí)現(xiàn)。

　　為了達(dá)到整流器與電動(dòng)機(jī)之間的精密匹配，整流器額定直流電流減小到這里輸入的數(shù)值。此外，6RA70 有自優(yōu)化功能。下列調(diào)節(jié)器功能在自優(yōu)化過程中得到優(yōu)化的自動(dòng)設(shè)定 ：可通過 P51參數(shù)設(shè)定分別對(duì)電流調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器進(jìn)行優(yōu)化 ；自動(dòng)測(cè)取用于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器預(yù)控制器的摩擦和慣性力矩補(bǔ)償量 ；自動(dòng)測(cè)取與 EMK 有關(guān)的弱磁控制的磁化性曲線和在弱磁工作時(shí)對(duì) EMK 調(diào)節(jié)器的自動(dòng)優(yōu)化。通過優(yōu)化和調(diào)整參數(shù)達(dá)到裝置與電動(dòng)機(jī)及負(fù)載之間的較佳匹配。6RA70 有監(jiān)控與診斷功能，可通過操作面板修改所有的參數(shù)。

6 結(jié)束語

　　C534 立車數(shù)控改造后，機(jī)床運(yùn)行穩(wěn)定可靠、操作簡便實(shí)用 ；西門子 802D SL 數(shù)控系統(tǒng)自診斷和報(bào)警能力很強(qiáng)，易于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù) ；SINAMICS S120 及交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍寬、穩(wěn)速準(zhǔn)確度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，滿足數(shù)控刀架進(jìn)給的各項(xiàng)指標(biāo)的要求。這次的數(shù)控改造工作為大型普通機(jī)床改造成高性能的數(shù)控機(jī)床提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。該立車可靠穩(wěn)定的運(yùn)行，提高了公司的加工能力，為公司帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。