摘要： 基于高壓水射流切割機對數(shù)控系統(tǒng)可靠穩(wěn)定的要求，采用西門子802S經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)能極大地提高機床的加工精度，運行可靠穩(wěn)定,，滿足工件的切割要求。本文簡要論述了西門子802S數(shù)控系統(tǒng)的硬件配置和軟件結(jié)構(gòu),，以及其在高壓水射流切割機應(yīng)用中應(yīng)注意的問題,。
關(guān)鍵詞： 西門子802S數(shù)控系統(tǒng)，高壓水射流切割機,，應(yīng)用

一． 前言：
高壓水射流切割機是應(yīng)用參合了專用磨料的高壓水,，通過噴嘴噴射出高壓水流對工件進行切割，其切割效率高,，切邊整齊,，廣泛應(yīng)用于輕工等行業(yè)。高壓水射流切割機的控制系統(tǒng)一般采用經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng),，以保證工作可靠穩(wěn)定,。西門子SINUMERIK 802S數(shù)控系統(tǒng)采用32位微處理器，集成式PLC,，分離式小尺寸操作面板和機床控制面板,，是一種先進的經(jīng)濟型CNC系統(tǒng)，其專門為中國市場開發(fā),，啟動數(shù)據(jù)少,，安裝調(diào)試方便，快捷,；具有中英文菜單顯示,，操作編程簡單方便；具有可靠性高,，穩(wěn)定性強的特點,。高壓水射流機采用西門子SINUMERIK 802S數(shù)控系統(tǒng)，充分利用該系統(tǒng)具有的豐富誤差補償功能,，如絲桿反向間隙補償,，絲桿螺距誤差補償，進給軸脈沖監(jiān)控等,，大大地提高了高壓水射流機的生產(chǎn)效率,。

二． 數(shù)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
高壓水射流切割機的數(shù)控系統(tǒng)主要包括操作面板（OP020），機床面板（MCP）,，數(shù)控部分（ECU）,，步進驅(qū)動器（STEPDRIVE C）及步進電機，PLC模塊（DI/O），通訊口,。
1． 操作面板（OP020）
操作面板按鍵布局采用人機工程設(shè)計,，操作方便靈活。按鍵主要包括菜單功能鍵,，字母鍵,，數(shù)字鍵等。
2． 機床面板（MCP）
機床面板包括通用控制鍵及高壓水射流切割機專用控制鍵,。通用控制鍵主要有進給軸移動按鈕,，數(shù)控啟動停止按鈕，工作方式選折功能按鈕,，進給倍率選折波段開關(guān)等,。專用控制按鈕包括高壓電機啟動停止，換刀啟動停止,，冷卻,，潤滑等。
3． 數(shù)控部分（ECU）
數(shù)控部分主要包括CPU,，ROM，RAM,，位置控制電路及接口板,。ROM用于固化數(shù)控系統(tǒng)軟件，RAM用于存放可變數(shù)據(jù),，如堆棧數(shù)據(jù)和控制軟件暫存數(shù)據(jù),。對于數(shù)控加工程序和系統(tǒng)參數(shù)等可變數(shù)據(jù)存儲區(qū)具有掉電保護功能，當主電源不供電時,，使數(shù)據(jù)不丟失,。
4． 步進驅(qū)動器（STEPDRIVE C）及步進電機
步進驅(qū)動器（STEPDRIVE C）是單軸型控制器，控制五相步進電機,。步進電機的步距角為0.36度,。驅(qū)動接口采用25芯D型插座。每個驅(qū)動器接受三個信號,，一個為脈沖信號,，一個為方向信號，一個為使能信號,。發(fā)出的脈沖控制電機運行,，每個上升沿使電機向前走一步，脈沖數(shù)決定電機轉(zhuǎn)角,，脈沖頻率決定電機的轉(zhuǎn)速,。
5． 輸入輸出部分（I/O）
輸入輸出部分主要包括快速輸入接口以及數(shù)控系統(tǒng)的PLC模塊。快速輸入包括限位接近開關(guān)以及NCRDY信號,。NCRDY信號是用作NC使能的接觸器急停信號,。PLC模塊I/O包括高壓啟動停止，換刀啟動停止,，冷卻開關(guān),，潤滑開關(guān)等。
6． 通訊口
數(shù)據(jù)通訊采用標準的RS-232C,，用于接收用戶程序或與計算機通訊,。其采用9芯D型插座，信號名稱包括：RXD-數(shù)據(jù)接收,，TXD-數(shù)據(jù)發(fā)送,，RTS-發(fā)送請求，CTS-發(fā)送使能,，DTR-數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備就緒,，DSR-數(shù)據(jù)終端就緒，M-信號地,。

三． 控制系統(tǒng)的軟件
西門子802S數(shù)控系統(tǒng)是一個復(fù)雜的多任務(wù)實時軟件,，其采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個模塊分管各自的任務(wù),，形成特定的功能模塊,，相應(yīng)的軟件也模塊化，形成功能模塊軟件結(jié)構(gòu)固化在CPU中,。
西門子802S數(shù)控系統(tǒng)的CNC單元主要由三大模塊組成,，即人機通信（MMC）模塊，數(shù)控模塊（NCK）,，可編程控制器（PLC）模塊,。
1． 人機通信（MMC）模塊
西門子802S數(shù)控系統(tǒng)采用人機交互處理技術(shù)進行用戶界面的交互處理。用戶選折CNC系統(tǒng)的工作模式,，進行相應(yīng)數(shù)據(jù)和命令的輸入,，CNC系統(tǒng)實時針對用戶的操作進行信息的反饋，向用戶提供系統(tǒng)運行狀態(tài),，提供相應(yīng)的操作和學(xué)習(xí)幫助,，當出現(xiàn)操作錯誤和系統(tǒng)故障時，產(chǎn)生錯誤和警告的信息,。
西門子802S數(shù)控系統(tǒng)的主菜單包括：1）加工 ,，2）參數(shù)，3）程序,，4）通訊,，5）診斷,。
2． 數(shù)控模塊（NCK）
數(shù)控模塊包括數(shù)控的核心功能程序，如數(shù)控加工程序的譯碼,，預(yù)處理和插補處理,，也包括數(shù)控加工程序編輯器，加工模擬,，刀具管理,，以及故障監(jiān)測和診斷功能。
3． 可編程控制器（PLC）模塊
可編程控制器模塊處理數(shù)控加工程序中有關(guān)機床電器的邏輯控制以及其他一些開關(guān)信號的控制,。
西門子802S數(shù)控系統(tǒng)的PLC編程軟件采用S7-200,。

四． 系統(tǒng)的調(diào)試及應(yīng)注意問題：
西門子802S數(shù)控系統(tǒng)在高壓水射流切割機的應(yīng)用基于標準的車床系統(tǒng)。根據(jù)硬件的配置,，對顯示機床數(shù)據(jù),，通用機床數(shù)據(jù)，軸相關(guān)的機床數(shù)據(jù),，通道相關(guān)的機床數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的設(shè)置,。
修改機床數(shù)據(jù)對機床關(guān)系很大，參數(shù)的設(shè)定錯誤會導(dǎo)致機床動作混亂,。機床修改有效包括以下四種情況：1）so-立即有效 2）cf-確認后有效 3）re-復(fù)位有效4）po-上電有效,。不同級別的機床數(shù)據(jù)對應(yīng)不同的有效修改設(shè)定。
PLC參數(shù)根據(jù)程序的配置由操作面板的“診斷/機床數(shù)據(jù)/通用機床數(shù)據(jù)”參數(shù)屏輸入,。PLC機床硬件的配置對應(yīng)相應(yīng)的機床數(shù)據(jù)的設(shè)定,。部分I/O配置如下圖：

西門子802S數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用調(diào)試中應(yīng)注意以下幾個問題：
1． 系統(tǒng)要求每個軸的兩個方向（+/-）都設(shè)有限位開關(guān)以便NCK在所有的工作方式對限位進行監(jiān)控，在行程開關(guān)被撞到后,，所有坐標軸須立即停止,系統(tǒng)只允許超程軸在JOG方式下向相反方向運動。限位開關(guān)包括硬件限位開關(guān)和軟件限位開關(guān),。如果硬件限位開關(guān)被逾越,，PLC將通過IS的 V380X1000.1/.0通知NC,并中斷所有軸的運動。每個軸都有兩對軟件限位開關(guān),在機床進給軸系統(tǒng)中通過 MD：POS_LIMIT_PLUS,POS_LIMIT_MINUS,POS_LIMIT_PLUS2,POS_LIMIT_MINUS2設(shè)置,。
2． 每個軸根據(jù)需要配置一個參考點減速控制開關(guān),。X軸開關(guān)接在I1.4，Z軸開關(guān)接在I1.5,。NCK輸入端（X20）接一個參考點接近開關(guān)（BERO）,，用于準確設(shè)定參考點。
3． 定位監(jiān)控情況如下：為確保軸在預(yù)定的時間內(nèi)到達指定點,，在一個程序段運行結(jié)束后（位置量=0）啟動MD：POSITIONING_TIME（精定位延遲）里設(shè)定的時間,并在這一時間運行結(jié)束后檢查移動誤差是否低于STOP_LIMIT_FINE（精定位精度）的極限值.如果位置控制增益系數(shù)太小,則改變位置控制增益調(diào)節(jié)機床數(shù)據(jù)MD：POSCTRL_GAIN（N）設(shè)置值;如果定位窗口（精確停）與位置監(jiān)控時間和位置控制增益系數(shù)不相符合,則改變 MD:STOP_LIMIT_FINE（精確停）,MD：POSITIONING_TIME（精確停延遲時間）,MD：POSCTRL_GAIN（N）這幾個參數(shù)的設(shè)置,。
4． 在開關(guān)量輸出電路中，通過中間繼電器過渡控制強電路的功率接觸器和電磁閥,，同時加并聯(lián)保護二極管,，以便當線圈切斷時,，為電流提供釋放回路，以保護數(shù)控驅(qū)動電路,。
5． 為提高整個系統(tǒng)的抗干擾能力,，弱電信號與強電驅(qū)動信號在走線槽內(nèi)盡量分別走線，并且在交流接觸器線圈兩端就近并聯(lián)RC滅弧器,。以保證數(shù)控系統(tǒng)的可靠性,。

五． 結(jié)束語
高壓水射流機采用西門子SINUMERIK 802S數(shù)控系統(tǒng)，解決了原國產(chǎn)機床數(shù)控系統(tǒng)不穩(wěn)定的缺陷,，并且充分利用該系統(tǒng)具有的豐富誤差補償功能,，大大地提高了整機可靠性以及機床的功能。

參考文獻：
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