摘要： 基于高壓水射流切割機對數控系統可靠穩定的要求，采用西門子802S經濟型數控系統能極大地提高機床的加工精度，運行可靠穩定，滿足工件的切割要求。本文簡要論述了西門子802S數控系統的硬件配置和軟件結構，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數控系統，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。高壓水射流切割機的控制系統一般采用經濟型數控系統，以保證工作可靠穩定。西門子SINUMERIK 802S數控系統采用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，是一種先進的經濟型CNC系統，其專門為中國市場開發，啟動數據少，安裝調試方便，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，穩定性強的特點。高壓水射流機采用西門子SINUMERIK 802S數控系統，充分利用該系統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，進給軸脈沖監控等，大大地提高了高壓水射流機的生產效率。
二． 數控系統的硬件構成
高壓水射流切割機的數控系統主要包括操作面板（OP020），機床面板（MCP），數控部分（ECU），步進驅動器（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． 數控部分（ECU）
數控部分主要包括CPU，ROM，RAM，位置控制電路及接口板。ROM用于固化數控系統軟件，RAM用于存放可變數據，如堆棧數據和控制軟件暫存數據。對于數控加工程序和系統參數等可變數據存儲區具有掉電保護功能，當主電源不供電時，使數據不丟失。
4． 步進驅動器（STEPDRIVE C）及步進電機
步進驅動器（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。驅動接口采用25芯D型插座。每個驅動器接受三個信號，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，脈沖數決定電機轉角，脈沖頻率決定電機的轉速。
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控系統的PLC模塊。快速輸入包括限位接近開關以及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
數據通訊采用標準的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-數據接收，TXD-數據發送，RTS-發送請求，CTS-發送使能，DTR-數據傳輸設備就緒，DSR-數據終端就緒，M-信號地。
三． 控制系統的軟件
西門子802S數控系統是一個復雜的多任務實時軟件，其采用模塊化結構，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構固化在CPU中。
西門子802S數控系統的CNC單元主要由三大模塊組成，即人機通信（MMC）模塊，數控模塊（NCK），可編程控制器（PLC）模塊。
1． 人機通信（MMC）模塊
西門子802S數控系統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系統的工作模式，進行相應數據和命令的輸入，CNC系統實時針對用戶的操作進行信息的反饋，向用戶提供系統運行狀態，提供相應的操作和學習幫助，當出現操作錯誤和系統故障時，產生錯誤和警告的信息。
西門子802S數控系統的主菜單包括：1）加工 ，2）參數，3）程序，4）通訊，5）診斷。
2． 數控模塊（NCK）
數控模塊包括數控的核心功能程序，如數控加工程序的譯碼，預處理和插補處理，也包括數控加工程序編輯器，加工模擬，刀具管理，以及故障監測和診斷功能。
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數控系統的PLC編程軟件采用S7-200。
四． 系統的調試及應注意問題：
西門子802S數控系統在高壓水射流切割機的應用基于標準的車床系統。根據硬件的配置，對顯示機床數據，通用機床數據，軸相關的機床數據，通道相關的機床數據進行相應的設置。
修改機床數據對機床關系很大，參數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。不同級別的機床數據對應不同的有效修改設定。
PLC參數根據程序的配置由操作面板的“診斷/機床數據/通用機床數據”參數屏輸入。PLC機床硬件的配置對應相應的機床數據的設定。部分I/O配置如下圖：
西門子802S數控系統應用調試中應注意以下幾個問題：
1． 系統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控，在行程開關被撞到后，所有坐標軸須立即停止,系統只允許超程軸在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,在機床進給軸系統中通過 MD：POS_LIMIT_PLUS,POS_LIMIT_MINUS,POS_LIMIT_PLUS2,POS_LIMIT_MINUS2設置。
2． 每個軸根據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． 定位監控情況如下：為確保軸在預定的時間內到達指定點，在一個程序段運行結束后（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太小,則改變位置控制增益調節機床數據MD：POSCTRL_GAIN（N）設置值;如果定位窗口（精確停）與位置監控時間和位置控制增益系數不相符合,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，以保護數控驅動電路。
5． 為提高整個系統的抗干擾能力，弱電信號與強電驅動信號在走線槽內盡量分別走線，并且在交流接觸器線圈兩端就近并聯RC滅弧器。以保證數控系統的可靠性。
五． 結束語
高壓水射流機采用西門子SINUMERIK 802S數控系統，解決了原國產機床數控系統不穩定的缺陷，并且充分利用該系統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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