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，以及其在高壓水射流切割機應用中應注意的問題。 關鍵詞： 西門子802S數(shù)控系統(tǒng)，高壓水射流切割機，應用 一． 前言： 高壓水射流切割機是應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?？焖佥斎氚ㄏ尬唤咏_關以及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，潤滑開關等。 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)是一個復雜的多任務實時軟件，其采用模塊化結(jié)構，每個模塊分管各自的任務，形成特定的功能模塊，相應的軟件也模塊化，形成功能模塊軟件結(jié)構固化在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)，提供相應的操作和學習幫助，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)控加工程序中有關機床電器的邏輯控制以及其他一些開關信號的控制。 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)，軸相關的機床數(shù)據(jù)，通道相關的機床數(shù)據(jù)進行相應的設置。 修改機床數(shù)據(jù)對機床關系很大，參數(shù)的設定錯誤會導致機床動作混亂。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-復位有效4）po-上電有效。不同級別的機床數(shù)據(jù)對應不同的有效修改設定。 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相應的機床數(shù)據(jù)的設定。部分I/O配置如下圖： 西門子802S數(shù)控系統(tǒng)應用調(diào)試中應注意以下幾個問題： 1． 系統(tǒng)要求每個軸的兩個方向（+/-）都設有限位開關以便NCK在所有的工作方式對限位進行監(jiān)控，在行程開關被撞到后，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。限位開關包括硬件限位開關和軟件限位開關。如果硬件限位開關被逾越，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,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設置。 2． 每個軸根據(jù)需要配置一個參考點減速控制開關。X軸開關接在I1.4，Z軸開關接在I1.5。NCK輸入端（X20）接一個參考點接近開關（BERO），用于準確設定參考點。 3． 定位監(jiān)控情況如下：為確保軸在預定的時間內(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)的設置。 4． 在開關量輸出電路中，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： 1．李誠人等編.機床計算機數(shù)控.西安:西北工業(yè)大學出版社,1988 2．畢毓杰等編著.機床數(shù)控技術.北京:機械工業(yè)出版社,1996 3．李宏勝等編著.數(shù)控原理與系統(tǒng).北京: 機械工業(yè)出版社,1997