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    隨著時(shí)間進(jìn)入21世紀(jì)，我國大部分在20世紀(jì)80年代引進(jìn)的大型數(shù)控鏜銑床都已進(jìn)入大修時(shí)期，由于數(shù)控系統(tǒng)的更新?lián)Q代，原機(jī)床上所配的數(shù)控系統(tǒng)都已停產(chǎn)，系統(tǒng)的備件相當(dāng)昂貴，因此大部分的用戶都會(huì)利用機(jī)床大修的時(shí)機(jī)進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)的改造。鑒于這種情況，覺得有必要結(jié)合自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對此類機(jī)床的系統(tǒng)改造作一個(gè)總結(jié)，以利于大家今后的工作。

1. 改造方案的選擇

1.1 數(shù)控系統(tǒng)的選擇

    從國內(nèi)的現(xiàn)實(shí)情況來看，這一類的機(jī)床基本上都是從歐洲進(jìn)口的，所配的數(shù)控系統(tǒng)幾乎全部是西門子公司的8M系統(tǒng)，PLC則是西門子公司的S5-150 系列， 而驅(qū) 動(dòng)部分大部分是西門子的直流驅(qū)動(dòng)。

    在確定改造方案時(shí)，由于經(jīng)費(fèi)等方面的原因，大部分用戶都會(huì)選擇驅(qū)動(dòng)及電機(jī)部分保留而只更換系統(tǒng)的方案，這樣出于系統(tǒng)的延續(xù)性和兼容性的原因，用戶多會(huì)選擇西門子公司SINUMERIK 840C系統(tǒng)。該系統(tǒng)是西門子公司在九十年代初推出的高檔系統(tǒng)，功能強(qiáng)大，使用靈活，適用于各種類型的機(jī)械加工設(shè)備，目前在國內(nèi)也擁有大量的用戶。如果用戶在經(jīng)費(fèi)方面沒有問題，則還可以有另一種選擇，即選用SINUMERIK840D系統(tǒng)，這樣的話，則驅(qū)動(dòng)和電機(jī)都需要更換。

    SINUMERIK840D系統(tǒng)是西門子公司九十年代中期推出的一款純數(shù)字的高檔數(shù)控系統(tǒng)，與之匹配的驅(qū)動(dòng)和電機(jī)也都是數(shù)字的，從發(fā)展趨勢看，該系統(tǒng)已進(jìn)入成熟期，現(xiàn)已成為西門子公司高檔系統(tǒng)中的主流機(jī)型。

1.2 PLC的選擇

    根據(jù)所選系統(tǒng)的不同，也就相應(yīng)選擇了不同的PLC。

    SINUMERIK840C系統(tǒng)所配的PLC是S5-135WD，在這里可供用戶選擇的是PLC 硬件的形式。一種選 擇是分布式I/O (DMP)，另一種選擇是擴(kuò)展單元185U；兩種 選擇相比較而言，DMP的接線比較麻煩 ，但價(jià)格便宜，而185U接線簡單，原150的前連接器都可保留，但價(jià)格較貴。從使用的角度來講，兩種方案都可以滿足系統(tǒng)的功能要求。

    SINUMERIK840D系統(tǒng)所配的PLC是S7-300，相對來講接線的工作量與840C系 統(tǒng)選擇DMP類似。

2. 機(jī)床電氣系統(tǒng)的處理

    在電氣系統(tǒng)的處理上，要以"少動(dòng)"為原則，基本上保留原機(jī)床的電氣系統(tǒng)，只將跟系統(tǒng)有關(guān)的部分進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。對于外圍輸入輸出點(diǎn)的處理，則以保留原地址為原則，即使有不用的點(diǎn)，也最好保留它的地址，不要被其它點(diǎn)占用，這樣在 PLC程序的處理上要有利的多。這一點(diǎn)在后面再作解釋。

3. PLC程序的處理

    在此僅以8M系統(tǒng)更換為SINUMERIK840C系統(tǒng)為例來說明PLC程序處理時(shí)要注意的問題。

    對PLC程序的處理，一個(gè)基本原則是盡量保留原PLC程序，只是在原程序的外圍加一個(gè)轉(zhuǎn)換程序，將與系統(tǒng)有關(guān)的部分作必要的轉(zhuǎn)換，這樣可最大限度地減少工作量，同時(shí)又最大限度地保留了原PLC程序中的一些安全保護(hù)措施。從我的經(jīng)驗(yàn)來看，這種方法是這類系統(tǒng)改造項(xiàng)目最好的處理辦法。

3.1 系統(tǒng)功能塊（Function Block）的處理

    在西門子的PLC產(chǎn)品中，不同的系統(tǒng)有不同的系統(tǒng)功能塊，因此在進(jìn)行系統(tǒng)更新時(shí)，必須要對系統(tǒng)功能塊進(jìn)行相應(yīng)的處理。

    在將8M系統(tǒng)更新為840C系統(tǒng)時(shí)，對于跟數(shù)據(jù)塊有關(guān)的功能塊（FB11，F(xiàn)B60）要更新為新的FB11和FB60，對于其它的系統(tǒng)功能塊則可以刪除。

3.2 系統(tǒng)接口信號的處理

    在西門子的系統(tǒng)中，NC與PLC之間的通訊都是通過接口信號實(shí)現(xiàn)的，而接口信號又包括NC→PLC和PLC→NC兩大部分， 其中PLC→NC屬于控制信號，通過 這些信號可以完成對系統(tǒng)動(dòng)作的控制； NC→PLC屬于系統(tǒng)給出的狀態(tài)信號，可用 于判斷系統(tǒng)是否正確執(zhí)行了控制信號的要求。因此，如何處理這部分PLC程序是系統(tǒng)改造中的重點(diǎn)，也是本文要著重介紹的部分。

    在8M系統(tǒng)中，所有的接口信號都是占用的標(biāo)志位（Flag），而840C系統(tǒng)中，接口信號基本上都在數(shù)據(jù)塊（DB）中，因此在新的PLC程序中要增加信號轉(zhuǎn)換這部分程序。由于接口信號是雙向的，因此在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換程序時(shí)要設(shè)計(jì)兩個(gè)程序塊，一個(gè)用于處理 NC→PLC的信號，一個(gè)用于處理 PLC→NC的信號。下面就分別加以論 述。

3.2.1 標(biāo)志位（Flag）的處理

    在SINUMERIK840C系統(tǒng)中，F(xiàn)Y0－FY24是被系統(tǒng)占用的，而在8M系統(tǒng)中，這部分信號則是接口信號中的一部分，因此在作PLC程序的轉(zhuǎn)換時(shí)首先要處理這部分信號。具體方法是：在調(diào)用原8M系統(tǒng)OB1之前，將FY0－FY24保存到數(shù)據(jù)塊中，在調(diào)用之后，再將FY0－FY24恢復(fù)，以便840C系統(tǒng)能正常工作。

3.2.2 手動(dòng)方式（Manual Control）的處理

    在這種類型的機(jī)床上幾乎都配置了手動(dòng)操作方式，這種操作方式與840C有較大差別，而操作者對這種操作方式又比較習(xí)慣，因此在系統(tǒng)更新時(shí)最好予以保留。這樣的話，就牽扯到了機(jī)床控制面板的處理，從我的經(jīng)驗(yàn)來看，最好保留原機(jī)床操作面板，這樣會(huì)最大限度地保留原操作風(fēng)格，使操作者易于接受，同時(shí)也易于掌握。

3.2.3 系統(tǒng)操作方式的處理

    在對系統(tǒng)操作方式的處理上，有兩種方式要注意：第一是8M系統(tǒng)中的"手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入"（Manual Data Input）方式，這種方式在840C中是沒有的，因此在PLC 程序中要?jiǎng)h除與之相關(guān)的部分；第二 是"增量"（Incremental）方式，這種方式 在8M的接口信號中只有一位（F25.5），而在840C中則有1INC/10INC/100INC/1000INC/10000INC/VAR六個(gè)信號屬于增量方式，因此在PLC程序中要將這六個(gè)信號對應(yīng)到原程序中的F25.5。

3.2.4 軸信號的處理

3.2.4.1 PLC→NC信號的處理

    在這部分的處理中，要將原8M系統(tǒng)PLC程序中所用到的所有 PLC→NC信號對 應(yīng)到840C系統(tǒng)的接口 信號上，而對840C專有的信號也要作相應(yīng)的處理。下面給出 部分信號的對應(yīng)關(guān)系以便大家更容易理解：

  8M： F*.0 ------840C: DB32/Dk+2.9 （Limit Switch plus）
       F*.1 ------840C: DB32/Dk+2.8  （Limit Switch minus）
       F*.2 ------840C: DB32/Dk+1.10 （Controller enable）

其它信號也同樣處理。

3.2.4.2 NC→PLC信號的處理

    在這里信號的處理方法與 PLC→NC信號的處理是一樣的，唯一要注意的是信 號的對應(yīng)方向。在 PLC→NC信號的處理中，是將8M的信號對應(yīng)到840C系統(tǒng)的信 號上，而在處理 NC→PLC的信號時(shí)，則 是將840C系統(tǒng)的信號對應(yīng)到8M上。舉例如下： 840C： DB32/Dk.10 ---  8M： F*.1 （Motion command -）
       DB32/Dk.11 ------8M：F*.0 （Motion command +）
       DB32/Dk.12 ------8M：F*.2 （Reference point reached）

3.2.5 主軸信號的處理

3.2.5.1 PLC→NC信號的處理

    在這里要注意的是主軸擺動(dòng)信號（Oscillation）的處理。在8M中擺動(dòng)動(dòng)作只要一個(gè)信號F14.2即可完成，而在840C中擺動(dòng)動(dòng)作則必須有DB31/Dk+2.6（Reciprocation speed）及DB31/Dk+2.0（PLC spindle control）兩個(gè)信號才可完成該動(dòng)作，因此 在程序中必須將F14.2同時(shí)對應(yīng)到DB31/Dk+2.6和 DB31/Dk+2.0，即： 

    C  DB  31
    AN F  14.2
    = D 2.6
    = D 2.0

3.2.5.2 NC→PLC信號的處理

    這部分信號中一般用到的只有主軸停（Spindle at standstill）信號。

3.2.6 輔助功能的處理

    在這種類型的機(jī)床中，使用最多的是M功能，也有個(gè)別機(jī)床使用H功能，在這部分處理中只需將相關(guān)的信號互相對應(yīng)即可，具體對應(yīng)如下：

     840C： DB10/DL18 ------ 8M：FY225 
            DB10/DL19 ------ FY226
            DB10/DL20 ------ FY227 
            ……  
            DB10/DL30  ------- FY237

    以上是M功能（M0－M99）的對應(yīng)關(guān)系，下面的是H功能的對應(yīng)：

     840C： DB10/DR45 --     8M：FY32
            DB10/DL45 ------ FY33
            DB10/DR44 ------ FY34

    除此之外，還有兩個(gè)修飾信號要處理：

     840C： DB10/D17.13 ------ 8M：F31.0
            DB10/D17.8  ------ 8M：F31.3

3.2.7 報(bào)警的處理

3.2.7.1 接口信號的處理

    在8M系統(tǒng)中，有關(guān)報(bào)警的接口信號被安排在FY188－FY219中，而在840C系統(tǒng)中則被安排在DB58中，具體對應(yīng)關(guān)系如下：

     8M： FY188 ------ 840C：DB58/DL3
          FY189 ------ DB58/DR3
          FY190 ------ DB58/DL4 
          ……  
          FY219 ------ DB58/DL19

3.2.7.2 報(bào)警文本的處理

    由于8M系統(tǒng)對報(bào)警文本的處理比較特殊，因此在系統(tǒng)更新時(shí)這部分的處理比較麻煩。在此有必要將8M系統(tǒng)的報(bào)警文本處理作一介紹。

    在8M系統(tǒng)中，報(bào)警文本按照主謂結(jié)構(gòu)存放在兩個(gè)數(shù)據(jù)塊中（DB4、DB5），而文本的組合關(guān)系則存放在另一個(gè)數(shù)據(jù)塊DB7中，每個(gè)報(bào)警信號對應(yīng)DB7中的一個(gè)數(shù)據(jù)字，而這個(gè)數(shù)據(jù)字則確定了相應(yīng)的報(bào)警文本是由數(shù)據(jù)塊DB4及DB5中哪兩個(gè)文本構(gòu)成的。例如，F(xiàn)188.0對應(yīng)DB7/DW0，若DW0的內(nèi)容為KY=000,000，則對應(yīng)的報(bào)警文本就是由DB4及DB5的第一段文本組合而成的。

    在進(jìn)行系統(tǒng)更新時(shí)，首先要根據(jù)DB7、DB4及DB5的內(nèi)容生成每個(gè)報(bào)警信號對應(yīng)的報(bào)警文本，然后再將該文本按照840C系統(tǒng)報(bào)警文本的格式輸入到系統(tǒng)中，這樣就完成了報(bào)警文本的對應(yīng)。

3.2.8 模擬量的處理

    因?yàn)檫@一類機(jī)床都屬于大型設(shè)備，造價(jià)都比較高，因此機(jī)床廠商在生產(chǎn)時(shí)對安全防護(hù)措施都考慮得相當(dāng)全面，而在這些安全防護(hù)措施里面有一部分就是通過系統(tǒng)的模擬輸入及模擬輸出模塊來完成的。因此，當(dāng)我們進(jìn)行系統(tǒng)改造時(shí)，對這一部分一定要仔細(xì)研究，使用新的模塊來實(shí)現(xiàn)原來的功能，而不能簡單地套用原程序，因?yàn)樵瓉硭玫哪K與新的模塊在數(shù)據(jù)格式、字長等方面有較大的不同，這一點(diǎn)是必須要注意的，否則可能就起不到防護(hù)的作用了。

4. 新系統(tǒng)的調(diào)整

    新系統(tǒng)的調(diào)整主要是指坐標(biāo)軸和主軸的調(diào)整。

    坐標(biāo)軸的調(diào)整分為速度環(huán)和位置環(huán)。速度環(huán)的調(diào)整是指速度的匹配，即坐標(biāo)軸的實(shí)際速度與系統(tǒng)指令電壓的匹配，這里需要調(diào)整的參數(shù)是最大指令電壓所對應(yīng)的最高速度。另外，也可能要調(diào)整驅(qū)動(dòng)部分測速機(jī)的反饋電位計(jì)。位置環(huán)的調(diào)整主要是調(diào)整軸的特性，包括跟蹤特性及加/減速特性，需要調(diào)整的參數(shù)就是軸的位置環(huán)增益及加速度。在這里有一點(diǎn)要特別強(qiáng)調(diào)的，那就是各插補(bǔ)軸在相同速度下跟蹤誤差要基本保持一致，這樣才能加工輪廓的圓整。

    主軸的調(diào)整主要是速度環(huán)的調(diào)整，即各檔速度的調(diào)整。這里只需掌握一個(gè)基本原則，即各檔的最高速度都對應(yīng)10V的指令電壓。

    以上內(nèi)容是根據(jù)自己幾年來對此類機(jī)床進(jìn)行改造而獲得的經(jīng)驗(yàn)整理而出的，筆者使用這種方法改造了多臺(tái)機(jī)床，如哈爾濱汽輪機(jī)有限責(zé)任公司意大利進(jìn)口INNSE數(shù)控落地鏜銑床、富春江富士電機(jī)有限公司德國進(jìn)口SCHIESS數(shù)控鏜銑床、哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司德國進(jìn)口WOTAN數(shù)控鏜銑床，均獲得成功，由此可證明該方法是切實(shí)可行、行之有效的，特在此整理成文，希望對大家有所啟發(fā)和幫助。