摘 要 以西门子双控制系统改造数控设备为例，针对设备工艺介绍了改造特点及效果。
关键词 数控设备 双控制系统 通道 点对点通信
中图分类号 TP205 文献标识码 B
某厂WNC -7005数控车床Ⅲ单元是奥地利VOESTALPINE公司20世纪80年代生产的大型精加工设备，近年由于控制系统元器件老化，设备故障率极高，影响了正常生产。
一、设备特点及改造方案
该车床有三个意大利盘式刀架，均可安装12把不同的刀具，各由一组伺服电机（X,Z轴）拖动，可就近找刀。工作中要求刀架能够同时、分时或者单独加工工件；系统可根据刀架不同位置随机平稳调整主轴转速，保证工件的加工精度及表面质量；设备的四轴全自动上下料系统（简称送料系统）可根据主机状态实现智能装卸工件。
综合分析考虑，设备改造选用的控制系统以具备多通道的西门子840D系统为主，具体配置方案是：主机部分采用840D系统，选用多通道系统软件，系统分配三个通道，控制七轴（主轴、XⅠ、XⅡ、XⅢ、ZⅠ、ZⅡ、ZⅢ），其中刀架1(XⅠ、Z Ⅰ)分配第一通道，刀架2(XⅡ、ZⅡ)分配第二通道，刀架3 (XⅢ、ZⅢ)分配第三通道，主轴定义为公共轴，刀架1、2、3共用；送料部分采用西门子802D系统控制P1、P2、X1、Z1四轴；两套控制系统采用点对点通信方式（point to point）：下面的程序段实现840D数控系统的通道分配，主轴定义，扩展通道的激活等功能。
CHANDATA(1) ；通道1数据
$MN_AXCONF_ MACHAX_NAME_TAB=[X1，X1，X1，Z1，Z1，Z1，SP]
$MC_AXCONF_MACHAX_USED=[1，4，7]
$MC_AXCONF_CHANAX_NAME_TAB=[“X”，“Z”，“SP”]
$MA_AXCONF_ASSIGN_MASTER_CHAN[AX7]=1
$MA_AUTO_GET TYPE[AX7]=2
$0N_NUM_CHANNELS=3
$0N_NUM_AXES_IN_SYSTEM=8
CHANDATA(2) ；通道2数据
$MC_AXCONF_MACHAX_USED=[2，5，7]
$MC_AXCONF_CHANAX_NAME_TAB=[“X”，“Z”，“SP”]
CHANDATA(3) ；通道3数据
$MC_AXCONF_MACHAX_USED=[3，6，7]
$MC_AXCONF_CHANAX_NAME_TAB=[“X”，“Z”，“SP”]
二、改造的实施
1．硬件配置
(1)主机控制部分为西门子840D数控系统，包括：NCU软件，PCU50，显示器，西门子ANA数模转换模块，机床控制面板(MCP)，手持单元。进给轴系统采用西门子SIMODRIVE 611D交流驱动装置和西门子1FK7交流伺服电机，主轴系统采用西门子6RA70直流驱动装置和西门子直流电机，ZⅠ、ZⅡ、ZⅢ轴、主轴的位控部件均选用海德汉ROD型1Vpp编码器S7-300系列PLC与NCU通过IM361实现输入输出的连接。
(2)送料控制部分为西门子802D数控系统，包括：802D基本配置，PCU，数字键盘，611UE控制板，接口部件PP72/48。进给轴系统采用西门子SIMODRIVE 611 UE交流驱动装置和西门子1FK7交流伺服电机。两套系统通过接日部件进行信息交换。硬件连接见图1。
nextpage
2．三刀架加工的实现
工作中要求三个刀架可同时加工工件（图2）：①加工工件大圆弧时，刀架1、3同步；②恒线速加工以保证工件表面质量；③刀架1、2间的位置差要大于某个恒定值，避免加工过程中两刀架发生碰撞。
通过NC和PLC的编程可实现上述工艺要求：使用通道间同步等待指令WAITM（..）确保刀架同步加工；设置X轴为FACE轴，达到恒线速加工；在PLC程序中利用FB2功能块读取Z1轴的位置信息，系统处理后通过NC扩展数字接口指令传递给NC系统变量$A_IN[.]，NC获取Z1轴的动态位置信息后控制刀架2的跟随位置．防止刀架1、2碰撞。（实用程序段略去）
3．点对点通信（Point to Point）
设备工作中需要刀架3配合送料系统装卸工件，送料系统在工件加工时，可自动完成下一个工件的预抓准备，完成工件装卸时间一般不超过1min因此需要两控制系统及时进行信息交换，本次改造系统间采用点对点通信方式（图3）：主机状态信息通过840D系统的数字输出接口传递给802D系统的数字输入接口〔送料系统），送料系统状态信息通过802D系统的数字输出接口传递给840D系统的输入接口（主机）。这对于响应速度要求不高的系统而言．是一种简洁可靠的涌信方式．图4是双控制系统工作过程示意图。
从图4可看出，主机与送料系统间主要有两个关键位置（刀架3的辅助接料、送料位置）和三个工作状态（送料系统是否启动，天窗是否打开，主轴上是否有待卸成品）需要进行信息交换，在主机NC程序中利用自定义的宏指令实现：① START_ROBOT(启动送料系统NC程序），该指令自动启动802D系统特定NC程序，使用该指令时，802D系统应选择自动工作方式；ZTAKEOUT_READY(抓取成品位置准备好)，成品爪抓住成品，下刀架退回至安全位置后，使用该指令可以再次激活机械手完成卸掉成品工件的任务；③INSTALL_READY（装毛胚位置准备好），毛胚爪将毛胚送至夹盘，下刀架移到装载位置后，使用该指令可以再次激活机械手完成安装工件的后续工作。三个指令均为非模态指令（只在当前行有效）。nextpage
程序执行过程：在通道1中选择100.MPF→在通道2中选择200.MPF→设定送料系统为自动方式→启动主机控制系统→程序1通过第N10行指令调用程序2→运行至N30行时启动通道2中程序→程序1执行至N50行时暂停运行，等待程序2中的同步指令WAITM→程序2在N10段启动送料系统的NC程序→在程序2中通过NTAKEOUT_READY和INSTALL_READY指令拆卸、安装工件→执行至N70段时由WA ITM(1，1，2)指令再次启动程序I→程序1执行至N70段时再次暂停执行，等待程序2中M30程序结束指令→等待程序2执行结束后→程序1再次从等待位置启动直至加工结束。
利用840D系统的“程序控制”功能激活／取消“SKIP”可切断送料系统，手动装卸工件。
三、改造效果
改造后的设备功能强大，主机和送料部分因采用独立的控制系统，便于维护管理，当送料系统发生故障时，可停机维修，主机通过人工送料继续工作，保证生产的顺利进行。设备经过一年的使用表明，故障率极低，效率优于原控制系统。
