西门子840D系统在WOTAN RAPID 6K转子铣专机电气改造中应用.docx

1、西门子840D系统在WOTAN RAPID 6K转子铣专机电气改造中应用SIEMENS 840D系统在WOTAN RAPID 6K转子铣专机电气改造中的应用张勇军武汉华中自控技术发展有限公司 摘 要：文章对西门子840D系统在WOTAN RAPID 6K转子铣专机电气改造中应用进行了总结，提出了关于双控制面板（MCP），双显示面板（OP15），以及双手持（B_MPI_HHU）在双通道和双方式组中的实际应用中应注意的问题。关键词：西门子840D数控系统、NCU软件版本、双方式组、双通道、双控制面板、双显示面板、双手持单元、远程子站Abstract:The article on the sieme

2、ns 840D system WOTAN RAPID 6K electrical rotor plane milling application of the transformation are summarized,the control panel on the dual(MCP),dual-display panel(OP15),and holding hands(B_MPI_HHU) in dual-channel and two-way groups should be the practical application of attention.Key words:Siemens

3、 840D cnc system、NCU software edition、Two mode groups、Two channel、Two control panel、Two display panel and Two handheld units(B_MPI_HHU)、Remote control station设备简介哈尔滨电机厂有一台德国转子铣，型号为：WOTAN RAPID 6K 840D，该设备是哈电非常重要的一台加工设备，最大加工转轴可以达到90万千瓦，它是八十年代末从德国引进的，原系统采用西门子8MC数控系统。在经过近二十年的使用后，电气部分许多电子元件老化严重，PLC模块备件严

4、重不足，造成该设备故障率较高，维修难度大，停机时间长，影响了加工效率。机械部分磨损严重，机床爬行严重，主轴齿轮箱部分，齿轮打齿，换档困难等原因，以上原因导致哈电领导决定对该设备进行机械大修，电气数控系统升级改造的决定。哈电最终选择了我们公司，在我公司领导的重视下，以及哈电现场配合下，该设备大修改造终于取得圆满的成功，设备运行效率大大提高，到截稿已经完成了四根转轴的加工。一 数控系统介绍西门子840D数控系统是上世纪九十年代末推出的高性能数控系统，也是西门子最长寿命的数控系统，它继承了前两代数控系统880和840C的三CPU结构：数字控制单元核心（NCK_CPU），人机界面CPU（PCU20,M

5、MC103,PCU50/70），可编程逻辑控制器CPU（S7-300系列）。三个CPU在功能各自有侧重点，相互分工，但是互为支持，通过系统总线通讯，数据在线高速交换。相对前几代系统，840D具有以下几个特点：全数字化驱动，控制轴数量最大31个轴，软硬件可升级，软件内容丰富、功能强大，加工模拟，远程诊断，保护功能，硬件高度集成，模块化，维护方便。二 系统配置说明机床实际上由三台机床组成，主机部分是一台镗床，镗杆直径200mm，第二部分是一台专用四轴铣床，第三部分就是工件分度单元。机床具有13个数控伺服轴，其中5个伺服主轴，8个进给轴，采用双通道和双方式组来分别控制主机和四轴铣，在控制上为独立的，

6、主机和四轴铣可以独立工作也可以同时工作。机床改造后数控系统硬件配置如下：见图（1）1. 数控单元NCUNCU是840D数控系统的控制核心和信息处理中心，它包括各轴所有插补，轨迹运算和控制，集成了高性能的PLC，本项目NCU硬件版本为NCU573.5，TOOLBOX软件版本6.5，PLC（机床逻辑运算控制器）采用S7-300(CPU317-2DP 128K)系列的高性能逻辑控制器。2. 人机界面处理单元PCU50PCU单元是西门子配合最新的操作面板而开发的MMC模块，MMC-CPU的主要作用是完成机床与外界及与PLC和NCK之间的通讯，自带大容量硬盘，用来存储用户加工程序和系统软件以及HMI等加

7、工软件和备份机床数据等，本次机床改造使用PCU50（CPU1.2GHz，256MB RAM）配置了两台。3. 机床显示操作面板OP015AOP015A显示单元主要作用是显示机床数据以及各轴位置，提供人机界面，显示加工程序，程序模拟、报警和修改参数、程序等操作。本次机床改造配置了两台OP015A。4. 机床控制面板MCPMCP机床控制面板的主要作用是完成机床各个伺服轴在不同方式下的运动的操作，它是数控机床操作控制的核心操作单元。本次机床改造配置了两台MCP，分别用来操作镗床主机部分和四轴铣部分。5. 电源模块I/RF电源模块是为后面的伺服轴驱动模块提供充足电力的，它的功率大小由后面轴驱动模块的功

8、率来决定，由于该机床轴数较多，主轴功率达到100KW，四轴铣的四个主轴分别为两个12KW和两个17KW，所以通过计算选择了两个120KW电源模块供电。6. 主轴和进给电机主机镗床部分，第一通道轴：X1/Y1/Z1/W1/U1/A1/SP1；四轴铣，第二通道轴：X2/Z2/SP2/SP3/SP4/SP5电机轴名称型号（订货号）型号规格说明主机镗床，第一通道轴：X1/Y1/Z1/W1/U1/A1/SP1主轴电机1PH7224-2NF23-0AC0100KW，额定转速1500 rpm/min，最高转速4500 rpm/min，IM B35，固定键，全键，IP55X1轴电机1FT6134-6SC71-

9、1AA0扭矩125Nm，额定转速2000 rpm/min，IM B5，键连接，IP64，强制风冷Y1轴电机1FT6134-6SC71-1AH0扭矩125Nm，额定转速2000 rpm/min，IM B5，光轴带抱闸，IP64，强制风冷Z1轴电机1FT6105-8AB71-1AG0扭矩41.5Nm，额定转速1500 rpm/min，IM B5，光轴，IP64 W1轴电机1FT6105-8AB71-1AG0扭矩41.5Nm，额定转速1500 rpm/min，IM B5，光轴，IP64U1轴电机1FT6134-6SC71-1AG0扭矩125Nm，额定转速2000 rpm/min，IM B5，光轴，I

10、P64，强制风冷A1轴电机1FT6136-6AB71-1AH0扭矩125Nm，额定转速1500 rpm/min，IM B5，键连接轴带抱闸，IP64，强制风冷四轴铣，第二通道轴：X2/Z2/SP2/SP3/SP4/SP5X2轴电机1FT6134-6AB71-1AG0扭矩75Nm，额定转速1500 rpm/min，IM B5，光轴，IP64Z2轴电机1FT6108-8AC71-1AG0扭矩55Nm，额定转速2000 rpm/min，IM B5，光轴，IP64SP2-SP3主轴1PH7137-2ND02-0BC012KW额定转速1500 rpm/min，最高转速4500 rpm/min，IM B5

11、，固定键，全键，IP55SP3-SP4主轴1PH7133-2ND02-0BC012KW额定转速1500 rpm/min，最高转速4500 rpm/min，IM B5，固定键，全键，IP55由于原数控系统也是西门子的，以前使用直流伺服电机，现在使用的是交流伺服电机，所以在电机匹配上没有任何问题，在转矩、转速都高于原电机的基础上，其它保持了一致性，除了X1轴重新制作了进给箱外，其它都保留了。7. 远程站ET200M由于该设备很大，输入输出点多且分布广，为了更好的集中管理与控制，所以我采用了三个远程站来采集信号，主机镗床部分，主轴箱上的信号最多且比较集中，所以第一个就安装在主轴箱上，其次就是四轴铣床

12、的上滑座上，最后一个安装在工件分度单元的电柜内，用来采集和控制工件支撑架部分的信号。远程子站的使用使布线更加合理方便，布线量也减少很多，所以我们以后遇到信号比较多的大型设备改造应该采用远程站来解决信号输入问题，这样做使我们的思路更清晰，调试起来也很方便。三 硬件连接与设置查阅西门子资料，连接在OPI总线（1.5Mbaud）上的设备地址是有要求的，最高地址为：031之间。遵守此原则来设置硬件拨码开关，设置自己想分配的地址。1. MCP_1为第一个机床控制面板，拨码开关（默认值）：10101101，从左至右顺序18位，其中47位代表OPI/MPI地址设置：0110，地址为：6；2. MCP_2为第

13、二个机床控制面板，为了不和上面的地址冲突，重新设置其地址改为：8，那么其中47位代表OPI/MPI地址改设置为：10110001；3. MMC_1为第一个PCU50，西门子资料上提到过，默认地址为：1，由于本项目有两个PCU50，所以必须改其中一个的地址，其实改地址只要不和其它设备地址冲突就行，再就是不要使用其它设备的默认地址，虽然你没有使用该设备，比如：西门子手持终端（HT6），它的默认地址是14，所以这里我把它的地址改为5，那么第二个PCU50通讯地址可以不用改，使用它的默认地址1；4. HHU西门子标准手持单元，由于本项目中同时使用了两个标准手持单元，而在OPI网络上西门子数控系统只支持

14、一个手持单元，所以另一个手持单元必须选择其它的总线通讯，这里我选择了MPI总线通讯，它的默认地址是15，地址保持它的默认值，由于MPI网络通讯速率为187.5Kbaud，这里只要设置其波特率就可以了，具体设置如下：首先打开手持面板，见到设置开关S1,S2；设置HHU内S1开关，S1-表示通讯波特率S11234OFFONOFFOFF波特率187.5 Kbaud设置HHU内S2开关，S2-表示通讯MPI地址S21234ONONONONMPI地址：155. NCK和PLC地址保持它的默认值地址不变；6. 本项目中采用了三个远程站来采集信号，通讯网络为PROFIBUS，设置ET200M上通讯地址，通过

15、拨码开关分别设置为：9，10，11；7. 以上通讯地址必须设置好，连接好线路，通讯总线连接头屏蔽必须接好，然后可以上电，通过STEP7来进行硬件组态了。四 机床参数设置我们知道西门子840D数控系统是世界上最先进的系统之一，它的功能非常强大，最大支持十个通道和十个方式组，最多可以支持31个伺服轴，但是这些都需要相应硬件和软件版本才可以使用的。下面我将结合本次项目来说明几个重要的机床参数，仅供参考。首先，通用参数，也就是10000系列参数：1. MD10000(0)-X1-第一通道，第一方式组，主机部分X1轴2. MD10000(1)-Y1-第一通道，第一方式组，主机部分Y1轴3. MD1000

16、0(2)-Z1-第一通道，第一方式组，主机部分Z1轴4. MD10000(3)-W1-第一通道，第一方式组，主机部分W1轴5. MD10000(4)-U1-第一通道，第一方式组，主机部分U1轴6. MD10000(5)-A1-第一通道，第一方式组，主机部分A1轴7. MD10000(6)-SP1-第一通道，第一方式组，主机部分SP1主轴8. MD10000(7)-X2-第二通道，第二方式组，四轴铣部分X2轴9. MD10000(8)-Z2-第二通道，第二方式组，四轴铣部分Z2轴10. MD10000(9)-SP2-第二通道，第二方式组，四轴铣部分SP2轴11. MD10000(10)-SP3-

17、第二通道，第二方式组，四轴铣部分SP3轴12. MD10000(11)-SP4-第二通道，第二方式组，四轴铣部分SP4轴13. MD10000(12)-SP5-第二通道，第二方式组，四轴铣部分SP5轴14. MD10010(0)-1-通道1的轴分配到方式组115. MD10010(1)-2-通道2的轴分配到方式组216. MD19200-2-双通道支持17. MD19220-2-双方式组支持由于本项目采用了双操作站，一个操作主机镗床部分，另一个操作四轴铣机床部分，操作上互相独立的，但是又不是完全独立，因为有一个工件分度轴A1和显示轴A2是共用的，它存在于两个通道中，通过编程指令可以在1、2通道

18、间切换。双操作站的目的就是为了操作方便，各操作各的，各显示各的。其二，通道参数，也就是20000系列参数：双通道，双方式组，各自操作各自通道的轴通道1123456714X1Y1Z1W1U1A1SP1A2通道28961011121314X2Z2A1SP2SP3SP4SP5A2注：通道1、2里轴号和机床通道轴名称其三，轴参数，也就是30000系列参数，轴参数很多，大家也很熟悉，也就不一一赘述。这里主要说明数显轴参数主要参数设置，以A2轴为例：轴参数号默认值设置值注释说明MD3020011编码器数量MD30220(0)111编码器安装的驱动器号，只要是没有使用就可以MD30230(0)MD30230

19、(1)1121所选驱动器的输入端口号MD30240(0)MD30240(1)0010所选驱动器的反馈端口激活MD3030001设置A2轴为旋转轴MD3031001MD3032001五 PCU50上的设置设置的目的就是两个操作站上的OP15A只显示各自通道里和各自方式组里的轴，就是设置完后，通过OP15A上的通道按钮无法切换通道了。通过修改NETNAMES.INI文件可以达到目的，它存取的路径在F:MMC2，通过记事本来编辑该文件，以下的内容都是摘自我的项目。主机镗床部分的PCU50_1上的NETNAMES.INI后加以下语句：CHAN MMC_1DEFAULT_LOGCHANSET=MACHI

20、NEDEFAULT_LOGCHAN=CHANNEL1LOGCHANSETLIST=MACHINESHOWCHANMENU=TRUEMACHINELOGCHANLIST=(CHANNEL1)CHANNEL1LOG NC NAME=NCU_1CHAN NUM=1CHANNEL2LOG NC NAME=NCU_1CHAN NUM=2四轴铣部分的PCU50_2上的NETNAMES.INI后加以下语句：CHAN MMC_2DEFAULT_LOGCHANSET=MACHINEDEFAULT_LOGCHAN=CHANNEL2LOGCHANSETLIST=MACHINESHOWCHANMENU=TRUEMAC

21、HINELOGCHANLIST=(CHANNEL2)CHANNEL1LOG NC NAME=NCU_1CHAN NUM=1CHANNEL2LOG NC NAME=NCU_1CHAN NUM=2六 双标准手持单元的通讯实现我们知道在OPI总线上，西门子840D数控系统只提供了一个标准手持的通讯，那么另一个标准手持只有通过MPI总线通讯了，参考西门子提供的资料。安装最新的TOOLBOX6.5，它可以支持最新的硬件，如果不能识别还必须安装S7HW目录下的安装文件，通过网络来升级STEP7里硬件版本。第一步，首先是通过修改OB100来初始化硬件，建立通讯，下面列出的都是我认为比较重要的改动地方，仅供参

22、考： CALL OB100，DB7 MCPNum ：=2 ；机床控制面板(MCP)个数 MCP1In ：=P#I 0.0 ；MCP1输入信号起始地址 MCP1Out ：=P#Q 0.0 ；MCP1输出信号起始地址 MCP1StatSend ：=P#Q 8.0 ； MCP1StatRec ：=P#Q 12.0 MCP1BusAdr ：=6 ；MCP1通讯地址 MCP1Timeout ：=S5T#700MS MCP1Cycl ：=S5T#200MS MCP2In ：=P#I 100.0 ；MCP2输入信号起始地址 MCP2Out ：=P#Q 100.0 ；MCP2输出信号起始地址 MCP2Stat

23、Send ：=P#Q 108.0 MCP2StatRec ：=P#Q 112.0 MCP2BusAdr ：=8 ；MCP2通讯地址 MCP2Timeout ：=S5T#700MS MCP2Cycl ：=S5T#200MS BHG ：=2 ；HHU数量 BHGIn ：=P#M 80.0 ；HHU1输入信号起始地址 BHGOut ：=P#M 180.0 ；HHU1输出信号起始地址 BHGStatSend ：=MD140 BHGStatRec ：=MD144 BHGInLen ：=B#16#6 BHGOutLen ：=B#16#14 BHGTimeout ：=S5T#700MS BHGCycl ：=

24、S5T#200MS BHGRecGDNo ：=2 BHGRecGBZNo ：=2 BHGRecObjNo ：=1 BHGSendGDNo ：=2 BHGSendGBZNo ：=1 BHGSendObjNo ：=1 BHGMPI ：=FALSE BHGStop ：=FALSE BHGNotSend ：=FALSE NCCyclTimeout ：=S5T#200MS NCRunupTimeout ：=S5T#50S ListMDecGrp ：= NCKomm ：=TRUE MMCToIF ：= HWheelMMC ：=FALSE第二步，连接好手持单元，NCU这边连接在X122端，总线连接器上的终端

25、电阻开关打在ON上，另一端接手持分配盒上，总线连接器上的终端电阻开关打在OFF上，因为手持里面已经有终端电阻了。准备工作做完了，送电，此时MPI手持仍然没有通讯上，下面将通过STEP7来进行设置。1. 在STEP7（Project Manager）的项目中，增加一个S7-300的机架，CPU随便选择一个CPU315-2DP就可以；2. 双击MPI，打开Network configure (NetPro程序)，使用鼠标把新增加的300站拖往MPI网络上，并且设置通讯速率为187.5K，通讯地址为15；3. 打开选项菜单，点击定义全局数据（Define Globes Data），打开GD表格；4.

26、 在表格中写入数据，如下表；行号GD IDSIMATIC300(1)PLC 317-2DPSIMATIC300(2)PLC 315-2DP1GST2GDS 1.13SR 1.1414GD 1.1.1MB224:20MB224:205GDS 1.2MD2506SR 1.2147GD 1.2.1MB244:6MB244:65. 打开GD表菜单，点击编译，那么隐藏的SDB210文件已经生成了；6. 点击菜单PLC下的下载到模块子菜单（Download to module），选择CPU-317-2DP，PLC自动停止，接着就重启PLC；7. 做一次NCK复位，此时HHU上所有指示灯仍然闪烁；8. 同时

27、按手持（HHU）上的T1(JOG)和右上角T2两个按钮，出现HHU菜单，按AUTO键作为菜单选择，按+/-键修改其值为GD1.1.1 1.2.1，再次按AUTO保存设定值并退出；9. 重新上电后，HHU上所有指示灯停止闪烁，通讯建立后，通过PLC就可以对输入地址为MB244MB249共6个字节以及输出地址为MB224MB243共20个输出字节进行编程。七 调试过程中遇到的问题以及处理方法在调试时，遇到任何问题都不能放过，都记录下来，然后分析找到问题的解决办法。下面是我遇到的一些比较典型的问题。1. 关于光栅尺的安装问题，光栅尺安装非常重要。我遇到的问题是这样的，主轴箱（Y轴）上下移动时有时报警

28、有时又很正常，最后仔细观察发现是在尺盒接缝的位置有震动，橡皮垫没有压好，最后用百分表打，发现平行性差很多，检查结果是尺盒上的固定螺丝没拧到位，重新调整尺盒问题得以解决；2. 立柱前后移动(U轴)，光栅尺硬件报错，报警也是时有时无，报警出来后只有重启，重启问题就解决了，可是使用不久又会出来了，最后发现光栅尺的滑尺读数头上的螺丝没拧紧，拧紧后问题就消失，以前遇到类似的问题是油污把插针绝缘了，报警也是时有时无；3. 在调试带距离码的光栅尺时要注意参数的设置，特别是尺的方向和参考点标记间隔等参数；4. 在铣削螺纹时，遇到了这样一个问题，在G17平面，程序里使用G02顺时针来铣，但实际上运动轨迹是逆时针

29、G03方向，最后分析加工程序也没错，机床运动轨迹就是不对，最后发现是X轴的正负方向反了，改完之后问题解决；5. 在铣削圆的时候，我们电气要注意几个主要的轴参数必须一致，比如，轴增益参数MD32200,轴增益也就是位置跟踪误差必须一致，另一个是611D驱动参数MD1407伺服速度环增益，也必须一致，最后一个也是轴参数MD32230,轴减速增益也必须一致。八 结束语改造完成后，经过对产品的加工，各项功能指标及性能指标均达到机床原来的指标，改造后的机床性能优良，效率提高了，操作简单，运行速度快，故障率大大降低，维护方便。到完稿止，机床已经完成四根转轴的加工，而且产品质量合格。由此可见，经过改造该设备无论在性能上、功能上、还是在可靠性和可维护性上都达到了一个新的高度。参考文献：1. 西门子数控系统调试简明调试指南以及西门子数控资料DOC_ON_CD2. 最新数控系统从入门到精通