隨著時間進入21世紀，我國大部分在20世紀80年代引進的大型數(shù)控鏜銑床都已進入大修時期，由于數(shù)控系統(tǒng)的更新?lián)Q代，原機床上所配的數(shù)控系統(tǒng)都已停產，系統(tǒng)的備件相當昂貴，因此大部分的用戶都會利用機床大修的時機進行數(shù)控系統(tǒng)的改造。鑒于這種情況，覺得有必要結合自己的實踐經(jīng)驗對此類機床的系統(tǒng)改造作一個總結，以利于大家今后的工作。
1. 改造方案的選擇
1.1 數(shù)控系統(tǒng)的選擇
從國內的現(xiàn)實情況來看，這一類的機床基本上都是從歐洲進口的，所配的數(shù)控系統(tǒng)幾乎全部是西門子公司的8M系統(tǒng)，PLC則是西門子公司的S5-150 系列， 而驅 動部分大部分是西門子的直流驅動。
在確定改造方案時，由于經(jīng)費等方面的原因，大部分用戶都會選擇驅動及電機部分保留而只更換系統(tǒng)的方案，這樣出于系統(tǒng)的延續(xù)性和兼容性的原因，用戶多會選擇西門子公司SINUMERIK 840C系統(tǒng)。該系統(tǒng)是西門子公司在九十年代初推出的高檔系統(tǒng)，功能強大，使用靈活，適用于各種類型的機械加工設備，目前在國內也擁有大量的用戶。如果用戶在經(jīng)費方面沒有問題，則還可以有另一種選擇，即選用SINUMERIK840D系統(tǒng)，這樣的話，則驅動和電機都需要更換。SINUMERIK840D系統(tǒng)是西門子公司九十年代中期推出的一款純數(shù)字的高檔數(shù)控系統(tǒng)，與之匹配的驅動和電機也都是數(shù)字的，從發(fā)展趨勢看，該系統(tǒng)已進入成熟期，現(xiàn)已成為西門子公司高檔系統(tǒng)中的主流機型。
1.2 PLC的選擇
根據(jù)所選系統(tǒng)的不同，也就相應選擇了不同的PLC。
SINUMERIK840C系統(tǒng)所配的PLC是S5-135WD，在這里可供用戶選擇的是PLC 硬件的形式。一種選 擇是分布式I/O (DMP)，另一種選擇是擴展單元185U；兩種 選擇相比較而言，DMP的接線比較麻煩 ，但價格便宜，而185U接線簡單，原150的前連接器都可保留，但價格較貴。從使用的角度來講，兩種方案都可以滿足系統(tǒng)的功能要求。
SINUMERIK840D系統(tǒng)所配的PLC是S7-300，相對來講接線的工作量與840C系 統(tǒng)選擇DMP類似。
2. 機床電氣系統(tǒng)的處理
在電氣系統(tǒng)的處理上，要以"少動"為原則，基本上保留原機床的電氣系統(tǒng)，只將跟系統(tǒng)有關的部分進行重新設計。對于外圍輸入輸出點的處理，則以保留原地址為原則，即使有不用的點，也最好保留它的地址，不要被其它點占用，這樣在 PLC程序的處理上要有利的多。這一點在后面再作解釋。
3. PLC程序的處理
在此僅以8M系統(tǒng)更換為SINUMERIK840C系統(tǒng)為例來說明PLC程序處理時要注意的問題。
對PLC程序的處理，一個基本原則是盡量保留原PLC程序，只是在原程序的外圍加一個轉換程序，將與系統(tǒng)有關的部分作必要的轉換，這樣可最大限度地減少工作量，同時又最大限度地保留了原PLC程序中的一些安全保護措施。從我的經(jīng)驗來看，這種方法是這類系統(tǒng)改造項目最好的處理辦法。
3.1 系統(tǒng)功能塊（Function Block）的處理
在西門子的PLC產品中，不同的系統(tǒng)有不同的系統(tǒng)功能塊，因此在進行系統(tǒng)更新時，必須要對系統(tǒng)功能塊進行相應的處理。
在將8M系統(tǒng)更新為840C系統(tǒng)時，對于跟數(shù)據(jù)塊有關的功能塊（FB11，F(xiàn)B60）要更新為新的FB11和FB60，對于其它的系統(tǒng)功能塊則可以刪除。
3.2 系統(tǒng)接口信號的處理
在西門子的系統(tǒng)中，NC與PLC之間的通訊都是通過接口信號實現(xiàn)的，而接口信號又包括NC→PLC和PLC→NC兩大部分， 其中PLC→NC屬于控制信號，通過 這些信號可以完成對系統(tǒng)動作的控制； NC→PLC屬于系統(tǒng)給出的狀態(tài)信號，可用 于判斷系統(tǒng)是否正確執(zhí)行了控制信號的要求。因此，如何處理這部分PLC程序是系統(tǒng)改造中的重點，也是本文要著重介紹的部分。
在8M系統(tǒng)中，所有的接口信號都是占用的標志位（Flag），而840C系統(tǒng)中，接口信號基本上都在數(shù)據(jù)塊（DB）中，因此在新的PLC程序中要增加信號轉換這部分程序。由于接口信號是雙向的，因此在設計轉換程序時要設計兩個程序塊，一個用于處理 NC→PLC的信號，一個用于處理 PLC→NC的信號。下面就分別加以論 述。
3.2.1 標志位（Flag）的處理
在SINUMERIK840C系統(tǒng)中，F(xiàn)Y0－FY24是被系統(tǒng)占用的，而在8M系統(tǒng)中，這部分信號則是接口信號中的一部分，因此在作PLC程序的轉換時首先要處理這部分信號。具體方法是：在調用原8M系統(tǒng)OB1之前，將FY0－FY24保存到數(shù)據(jù)塊中，在調用之后，再將FY0－FY24恢復，以便840C系統(tǒng)能正常工作。
3.2.2 手動方式（Manual Control）的處理
在這種類型的機床上幾乎都配置了手動操作方式，這種操作方式與840C有較大差別，而操作者對這種操作方式又比較習慣，因此在系統(tǒng)更新時最好予以保留。這樣的話，就牽扯到了機床控制面板的處理，從我的經(jīng)驗來看，最好保留原機床操作面板，這樣會最大限度地保留原操作風格，使操作者易于接受，同時也易于掌握。
3.2.3 系統(tǒng)操作方式的處理
在對系統(tǒng)操作方式的處理上，有兩種方式要注意：第一是8M系統(tǒng)中的"手動數(shù)據(jù)輸入"（Manual Data Input）方式，這種方式在840C中是沒有的，因此在PLC 程序中要刪除與之相關的部分；第二 是"增量"（Incremental）方式，這種方式 在8M的接口信號中只有一位（F25.5），而在840C中則有1INC/10INC/100INC/1000INC/10000INC/VAR六個信號屬于增量方式，因此在PLC程序中要將這六個信號對應到原程序中的F25.5。
3.2.4 軸信號的處理
3.2.4.1 PLC→NC信號的處理
在這部分的處理中，要將原8M系統(tǒng)PLC程序中所用到的所有 PLC→NC信號對 應到840C系統(tǒng)的接口 信號上，而對840C專有的信號也要作相應的處理。下面給出 部分信號的對應關系以便大家更容易理解：
8M： F*.0 --840C: DB32/Dk+2.9 （Limit Switch plus）
F*.1 --840C: DB32/Dk+2.8 （Limit Switch minus）
F*.2 --840C: DB32/Dk+1.10 （Controller enable）
其它信號也同樣處理。
3.2.4.2 NC→PLC信號的處理
在這里信號的處理方法與 PLC→NC信號的處理是一樣的，唯一要注意的是信 號的對應方向。在 PLC→NC信號的處理中，是將8M的信號對應到840C系統(tǒng)的信 號上，而在處理 NC→PLC的信號時，則 是將840C系統(tǒng)的信號對應到8M上。舉例如下：
840C： DB32/Dk.10 --8M：F*.1 （Motion command -）
DB32/Dk.11 --8M：F*.0 （Motion command +）
DB32/Dk.12 --8M：F*.2 （Reference point reached）
3.2.5 主軸信號的處理
3.2.5.1 PLC→NC信號的處理
在這里要注意的是主軸擺動信號（Oscillation）的處理。在8M中擺動動作只要一個信號F14.2即可完成，而在840C中擺動動作則必須有DB31/Dk+2.6（Reciprocation speed）及DB31/Dk+2.0（PLC spindle control）兩個信號才可完成該動作，因此 在程序中必須將F14.2同時對應到DB31/Dk+2.6和 DB31/Dk+2.0，即：
C DB 31
AN F 14.2
= D 2.6
= D 2.0
3.2.5.2 NC→PLC信號的處理
這部分信號中一般用到的只有主軸停（Spindle at standstill）信號。
3.2.6 輔助功能的處理
在這種類型的機床中，使用最多的是M功能，也有個別機床使用H功能，在這部分處理中只需將相關的信號互相對應即可，具體對應如下：
840C： DB10/DL18 -- 8M：FY225
DB10/DL19 -- FY226
DB10/DL20 -- FY227
……
DB10/DL30 --- FY237
以上是M功能（M0－M99）的對應關系，下面的是H功能的對應：
840C： DB10/DR45 -- 8M：FY32
DB10/DL45 -- FY33
DB10/DR44 -- FY34
除此之外，還有兩個修飾信號要處理：
840C： DB10/D17.13 -- 8M：F31.0
DB10/D17.8 -- 8M：F31.3
3.2.7 報警的處理
3.2.7.1 接口信號的處理
在8M系統(tǒng)中，有關報警的接口信號被安排在FY188－FY219中，而在840C系統(tǒng)中則被安排在DB58中，具體對應關系如下：
8M： FY188 -- 840C：DB58/DL3
FY189 -- DB58/DR3
FY190 -- DB58/DL4
……
FY219 -- DB58/DL19
3.2.7.2 報警文本的處理
由于8M系統(tǒng)對報警文本的處理比較特殊，因此在系統(tǒng)更新時這部分的處理比較麻煩。在此有必要將8M系統(tǒng)的報警文本處理作一介紹。
在8M系統(tǒng)中，報警文本按照主謂結構存放在兩個數(shù)據(jù)塊中（DB4、DB5），而文本的組合關系則存放在另一個數(shù)據(jù)塊DB7中，每個報警信號對應DB7中的一個數(shù)據(jù)字，而這個數(shù)據(jù)字則確定了相應的報警文本是由數(shù)據(jù)塊DB4及DB5中哪兩個文本構成的。例如，F(xiàn)188.0對應DB7/DW0，若DW0的內容為KY=000,000，則對應的報警文本就是由DB4及DB5的第一段文本組合而成的。
在進行系統(tǒng)更新時，首先要根據(jù)DB7、DB4及DB5的內容生成每個報警信號對應的報警文本，然后再將該文本按照840C系統(tǒng)報警文本的格式輸入到系統(tǒng)中，這樣就完成了報警文本的對應。
3.2.8 模擬量的處理
因為這一類機床都屬于大型設備，造價都比較高，因此機床廠商在生產時對安全防護措施都考慮得相當全面，而在這些安全防護措施里面有一部分就是通過系統(tǒng)的模擬輸入及模擬輸出模塊來完成的。因此，當我們進行系統(tǒng)改造時，對這一部分一定要仔細研究，使用新的模塊來實現(xiàn)原來的功能，而不能簡單地套用原程序，因為原來所用的模塊與新的模塊在數(shù)據(jù)格式、字長等方面有較大的不同，這一點是必須要注意的，否則可能就起不到防護的作用了。
4. 新系統(tǒng)的調整
新系統(tǒng)的調整主要是指坐標軸和主軸的調整。
坐標軸的調整分為速度環(huán)和位置環(huán)。速度環(huán)的調整是指速度的匹配，即坐標軸的實際速度與系統(tǒng)指令電壓的匹配，這里需要調整的參數(shù)是最大指令電壓所對應的最高速度。另外，也可能要調整驅動部分測速機的反饋電位計。位置環(huán)的調整主要是調整軸的特性，包括跟蹤特性及加/減速特性，需要調整的參數(shù)就是軸的位置環(huán)增益及加速度。在這里有一點要特別強調的，那就是各插補軸在相同速度下跟蹤誤差要基本保持一致，這樣才能加工輪廓的圓整。
主軸的調整主要是速度環(huán)的調整，即各檔速度的調整。這里只需掌握一個基本原則，即各檔的最高速度都對應10V的指令電壓。
以上內容是根據(jù)自己幾年來對此類機床進行改造而獲得的經(jīng)驗整理而出的，筆者使用這種方法改造了多臺機床，如哈爾濱汽輪機有限責任公司意大利進口INNSE數(shù)控落地鏜銑床、富春江富士電機有限公司德國進口SCHIESS數(shù)控鏜銑床、哈爾濱電機廠有限責任公司德國進口WOTAN數(shù)控鏜銑床，均獲得成功，由此可證明該方法是切實可行、行之有效的，特在此整理成文，希望對大家有所啟發(fā)和幫助。
