西门子840通道控制技术与APC控制

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1 前言所谓数控系统的通道(Channel)控制技术，其实质就是并行处理。它使系统可以同时处理多个程序，提高了系统的性能与可靠性，降低了成本。运用这一先进技术，可以较好地解决多单元复合、多轴机床的控制问题。 西门子公司从810系统起就采用了通道控制技术，到了840系统，这一技术更为成熟。它不但增加了通道数量，而且还引入了"操作方式组(operating　mode　group)"概念，使6个通道可在6种不同的操作方式下同时工作，可以执行全部辅助机能(如：M，S，t，H，D等)，且可以控制主轴。通过840系统特有的"程序与轴协调"命令(NC程序指令)，还可以灵活地控制与协调各通道、各轴的运动和控制。 下面以TMA-55OPN6卧式加工中心的自动工作台交换控制为例，介绍西门子840多通道控制技术的特点。2 机床控制要求TMA-55OPN6卧式加工中心是我厂从意大利进口的全功能卧式加工中心，采用西门子840数控系统。它带有6个台位的回转式工作台库，64把刀，能够进行七轴控制。该机床除普通卧式加工中心所具有的X、Y、Z、B(回转工作台)、C(主轴位置控制)这五个基本数控轴外，为了提高可靠性和效率，简化液压与机械传动系统，其刀库的回转和工作台库的回转都采用了数控轴进行控制，其中U轴为工作台库回转轴，V轴为刀库回转轴。因为随机刀库的刀具预选和工作台的输送都必须在机床加工时同时进行，这是多轴联动功能无法满足的(因为七轴并不是同时到位)。为此，TMA公司采用了西门子840通道控制技术。
TMA-55 OPN6轴与通道分配表 轴号 轴名称 通道 操作方式组 备注 1 X 1 1 工作台左右运动 2 Y 1 1 工作台上下运动 3 Z 1 1 工作台纵向运动 4 B 1 1 工作台回转 5 V 2 2 刀库回转 6 E 3 3 工作台库回转 7 C 1 1 主轴位置控制

1.机床工作台2.交换门3.工作台库 4.人工装卸位5.装卸门
工作台交换装置示意图

TMA-55OPN6的轴与通道分配如表所示。 三个通道由3个不同的NC加工程序进行独立控制，同时运行，通道间的协调由PLC程序、C的R参数、CL800专用宏程序指令实现。通道Z和通道3的控制原理基本相同。本文以通道3为例，介绍基本的通道控制方法。 TMA-55OPN6工作台交换控制的基本要求如下：

工作台库的布置如图所示。6个台位互隔60°，组成了360°回转轴E，其中E=0°位置为交换位，E=180°位置为人工装卸位。考虑到工作台的配合精度，工作台库采用固定地址安装方式，1#位对应E=60°，依次类推。 在机床正常加工时，要求将工作台库上已完成加工的工作台自动转到人工装卸位进行装卸。在工作台库动作开始后，首先是将机床上的工作台取下，装入原台位，然后将所要求的工作台装入机床。以下两种情况属于出错：①与机床上工作台相对应的工作台库台位上已装有工作台；②所要求的工作台为已加工或未安装。 当工作台交换命令发出后，机床进行工作台交换，动作顺序如下： ①取下工作台动作：(i)通道1将X、Y、Z、B轴运动到规定的坐标点上；通道3将机床上工作台对应的安装位转到交换位。两个通道同时动作，五个坐标轴一起运动。(ii)由电磁阀控制执行常规的交换动作。(iii)修改工作台状态数据，将交换位上的工作台状态置"已加工"，机床上工作台状态设"无工作台"，由M56辅助机能指令通过PLC程序控制实现。 ②装上新的工作台动作与取下时基本相同。

3 控制软件设计为了能实现以上动作，该机床利用了840的R参数来表示各种状态。定义如下： R800：表示现在安装在机床上的工作台号(1～6)，"0"代表机床上无工作台。 R801～R806：表示1～6号台位上的工作台状态，"1"代表"未加工"，"2"代表"已加工"，"4"代表该台位无工作台。 R902：要求转到交换位的工作台号(1～6)。 R903：工作台库回转轴(E)状态信息，其中：Bit2=1代表E轴已完成回参考点动作；Bit2=1代表E轴已完成定位；Bit7=1代表现在交换位上有工作台。工作台自动交换的辅助动作控制由以下M 机能实现： M53H**：将H代码写入参数R902。 M56：机床上工作台取下后使用本指令。将R800置"0"，现在交换位上的工作台状态置"2"(已加工)。 M57：机床装上工作台后使用本指令。将R800置"现在交换位所对应的台位号"，现在交换位所对应的台位上的工作台状态置"4"(无工作台)。 M80～M85：交换动作用辅助机能。

通道3的C程序该程序用于控制工作台库的回转。其设计思想是：开机后能自动完成回参考点动作；机床正常加工时，将已加工的工作台送到人工装卸位；自动交换开始后完成前述的动作。 通道1的C程序通道1为正常加工主通道，交换工作台命令通过子程序调用指令实现，L9101～L9106分别控制将1～6号工作台装入机床，这6个子程序的原理相同。 PLC程序负责参数的传送与辅助机能的执行。具体如下： ①利用840的数据传送功能块FB62进行以下处理；将E轴的回参考点完成信号(DB32D20.12)、精确到位信号(DB32D20.9)、现在交换位上的工作台检测信号(开关信号)写入R902的对应位；执行M53指令，将M53后的H代码写入R902；执行M56指令，将0写入R800，将交换位上的工作台状态置"2"(已加工)；执行M57指令，将交换位上的工作台号写入R800，将交换位上的工作台状态置"4"(无工作台)。 ②根据M80～M85指令，结合机床上的开关状态，完成交换门的开/关；拉杆前伸/缩回；工作台库的夹紧/松开等电磁阀的控制。 ③应特别注意的是：由于E轴的回转运动仅仅受到参数R902的控制，只要R902不为0，工作台库就要产生回转。因此，在设计PLC程序时一定要全面考虑工作台库的启动条件，切不可在程序中轻易传送R902。
④为了保证有关工作台库专用的M 指令不被错误的操作启动，设计PLC程序时应对其加以保护。例如：只有在执行了特殊的M、H代码之后才允许执行这些M 指令，或者是只有在工作台库动作进行的特殊条件下才被启动，这些都是PLC程序设计时所必须考虑的问题。 4 通道控制要点与动作的协调处理
在TMA-55OPN6中，通道间的动作协调由PLC程序承担。其要点是：
为了调整与维修的需要通道3应有两种操作
方式，即：在正常工作时，始终处于"自动方式"；调整与维修时处于"维修方式"。两种操作方式的转换可以通过特殊的开关或特殊的辅助机能控制，该机床采用后者。对于840系统，两种操作方式的转换是通过控制DB12/D5.8～D5.11信号得以实现。 在两种操作方式下，PLC程序应选择不同的操作面板控制信号。正常工作时，通道3仅需处理NCSTART、RESET以及必要的通道进给停止、读取启动=禁止信号即可>调整与维修时，必须将全部操作面板控制信号传送到通道3，使得E轴可以像X、Y、Z、B一样进行全部操作与控制。通道选择是由面板上的"通道选择"键进行控制。 即使通道1发生报警，如不影响E轴的正常工作，就没有必要停止通道3的工作。但是，如果是通道3发生报警，则应立即或等待加工结束后使通道1进入停止状态，这取决于故障的程度。
此外，在840上还应设置有关的机器数据。 5结束语 数控系统的多通道控制功能是近几年来发展起来的新颖控制技术，它可以较好地解决多单元、多轴控制的问题，这对于降低制造成本、提高系统性能和可靠性都十分有利。