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西门子模块6ES7510-1SK03-0AB0参数详细
机床的动作控制方面采用老式的继电器电路控制，电路复杂，故障率高，给维修带来了一定的困难。随着我国铁路事业的发展，为适应铁路实施提速和发展高速列车的需要，车轮轮缘踏面的制造精度和镟修标准越来越高，而原有的用型方法加工车轮已经远远不能满足精度要求，对该机床实行数控化改造是满足这一要求*经济、*有效的方法。近两年来，各铁路车辆段和车轮厂纷纷对其原有的C8011B车轮车床进行数控改造，我们在使用西门子的802系列数控系统对该机床的改造过程中，先后使用了西门子的802S、802C、802D数控系统，其中，采用802D数控系统的设备改造方案较具典型性。
选择设备的改造方案时，需要考虑的是满足改造要达到的几个要求：1、架X轴和Z轴的控制由原型控制改由数字轴控制。2、将原机床的所有动作控制由原继电器电路控制改为PLC控制。3、切削后的踏面形状满足精度要求，操作尽量简单。
为满足以上条件，我们选用了西门子的802D数控系统，该系统是西门子公司近年来推出的数字化数控系统，它的车床版标准配置中带了一块PP72/48模板，可以实现72点输入和48点输出的PLC控制，驱动模块为一个双轴功率模块，可以带两个线性轴和一个主轴，在伺服电机中内置了速度反馈和位移反馈传感器可以和主机一起形成一个半闭环控制系统从而能达到很高的机床精度。价格适中，具有很高的性价比，可以很好的满足设备数控改造的要求。
由于C8011B车轮车床采用两个架对火车轮对的左右踏面加工，我们采用了两套802D系统分别控制左右架的运动。而机床所有动作控制则全部由左架802D系统的PLC控制单元来控制。左侧802D系统的主要硬件配置为：
1、PCU主机 1块
2、全功能竖直键盘 1块
3、PP72/48模板 1块
4、611UE驱动电源5KW 1块
5、611UE双轴闭环控制单元 1块
6、611UE双轴功率模块 1块
7、1FK6电机3000RPM18NM 2个
8、外接2500P/旋转编码器 1个
9、连接电缆和PROFIBUS数据总线若干
左右两侧系统的硬件配置相同，使用一个SIMODRIVE611UE双轴控制模块来控制两个伺服电机分别驱动X轴架和Z轴架。右侧系统的PLC单元只处理系统本身的PLC指令。而MCP（机床控制面板）则和机床动作按钮面板集成在一起自制。
在硬件配置中，我们选用了一个标准配置之外的外接旋转编码器，选用原因如下：
因为数控改造的条件所限，我们将原X轴和Z轴的丝杆换成了滚珠丝杆，但中间的传动机构仍为旧的传动机构，在伺服电机带动X轴和Z轴滑台的传动过程中此时Z轴的位移反馈信号直接检测的是Z轴滚珠丝杆端的位移信号，而电机和滚珠丝杆间齿轮传动的传动间隙都被包含在了闭环链中，Z轴滑台的运动精度得到了很大提高，满足了精度要求。
在802D系统的驱动配置中，线形轴的控制接口里并没有象802S或802C系统一样有一个专门的编码器接口，它只有两个接收电机反馈信号的X412和X411接口。此时Z轴的外接编码器的信号该如何连接呢？在611UE双轴闭环控制单元上，我们看到有一个X472接口，此接口是用来接收主轴的编码器信号的，而在我们的数控改造中并没有用到主轴控制，通过修改系统内部参数后我们就可以使用这个接口来接受Z轴的外接编码器反馈信号了。将外接编码器的连接电缆如图3连接后，我们只需要修改802D系统内部的系统数据和双轴功率模块中的驱动数据，将Z轴的伺服电机内置的位移反馈信号屏蔽而采用外接编码器的反馈信号就可以了。
这种在滚珠丝杆端安装外接编码器的方法安装方便，增加的成本不多但使用效果很好，性价比极高。需要注意的只是在安装调试过程中要仔细的设置相关的机床数据。
对于原机床的继电器控制电路的改造，机床动作并不是很多，控制较复杂，动作之间的安全互锁较多，在原电柜中的电路显得十分复杂，而全部换成了由802D系统的PLC单元控制之后，外部控制电路得到了极大的简化。802D系统标准配置中的PP72/48模板能够提供72位的输入点和48位的输出点，输入输出点足够机床使用，不用象其它的一些数控系统那样要额外增加I/O输入输出点模块。
在数控加工程序的编制上，802D采用的是数控系统通用的G代码编程。程序简洁，在本机床的程序编制上，由于加工出的踏面形状的精度要求较高，对操作的简单性用户也提出了很高的要求，在程序的编制中我们特别考虑了这一点。如图1所示，由于加工轮对时操作者使用的是直径测量，而一般情况下我们在车床的切削加工编程时在X轴方向上的进是采用相对坐标的方式或是设定机床工件坐标，采取零点偏移的方法进行加工，在这一机床中并不适用。为了简化操作，我们采用了西门子系统中的R参数来设定切削量，在程序中对相应的R参数编程之后，操作者在加工时只需在R参数中输入要加工的轮对直径值，那么程序会自动换算出切削量并进行切削，极大的方便了操作。
由于轮对左右轮径加工后的尺寸要求较严，加工后的左右轮径差不能大于0.5mm。我们在R参数中设置了一个初始的对参数来调整切削基准。在杆长度或数控系统的参考点发生变化时可以十分快捷方便的修改基准，使得输入的直径值和实际切削出的轮对直径值保持完全一致。
还有一点是在切削轮对时，对于其他数控系统，Z轴方向通常操作者在内侧面对后需要将Z轴的当前坐标值输入参数中，而802D数控系统中的可读取当前坐标值的功能可以使操作工不用输入数据，我们只需在加工程序中添加“R0=$AA-IM[Z]”后，系统就可以把当前的Z轴坐标值直接读入到R参数的R0中，这样操作者在操作时就只需要输入每对轮对要加工的轮径值就可以直接加工了，十分简单方便。
在一台设备的数控改造过程中，电磁干扰现象一直是一个在安装调试现场中经常困扰调试人员的很大问题，由于使用旧设备的车间和场地一般来说工作环境比较恶劣，强干扰源多，电网的电压波动较大，零线、地线质量不是很高，在调试过程中经常碰到干扰现象。为了干扰，设计和调试人员不得不付出额外的很多精力。例如我们曾在一台使用其它系统进行数控改造的车轮车床中遇到以下情况：平时数控系统都工作正常，但每天总有一两次数控系统在工作中突然急停，屏幕显示报警为X轴编码器硬件故障，重新上电后机床又恢复正常，对此我们开始怀疑是位移编码器损坏或是线路接触不良，但查了很长时间，采取了很多措施都未能这一现象的产生，*终的检查结果确定是系统受到了车间电压瞬间波动的干扰，后来不得不在设备电源进线端加装了一个稳压变压器，并单独安装了一条质量很好的地线。*终解决了问题，浪费了很多的时间和精力。采用了西门子的802D系统之后，由于该系统采取了当**分流行的使用Profibus数据总线将各个功能模块相连的通讯方式，不但结构简单，抗干扰性大大增加，减少了数控设备因电磁干扰而产生各种不明故障现象的可能性
作为工业自动化的一种典型应用，PLC*初是做为取代继电器线路、进行顺序控制为主而产生的，后来PLC厂家逐步增加了模拟量运算、PID功能以及更可靠的工业抗干扰技术等功能，并随着网络化的需求增加了各种通信接口，伴随着现场总线技术和以太网技术的发展，PLC的应用范围越来越广泛。
PLC具有众多优点，如功能齐全并不断提升；应用上灵活简便、维护方便；不断提高可靠性和抗干扰能力；价格便宜等，这些优点是PLC产品能够持久占有市场的根本原因。
国产控制系统短板**
当前PLC技术的应用范围，涵盖了除大型化工、电力企业之外的几乎所有工业行业。目前在我国PLC应用市场中，几乎95％以上被外国产品**，本国企业处于**劣势。
这主要是因为在我国在自控产业链的两头——底层的现场仪表（尤其是变送器和执行机构）、上层的综合自动化软件基础*为薄弱。我国自行设计制造的智能变送器只占****的9％。顶层综合控制软件能力弱，一方面是因为工控企业对用户的工艺特征理解不深刻，经验积累不足，从而制约了顶层集成能力和快速进入细分市场的能力（工控企业受制于国家关于设计企业门槛的规定也是一方面原因）。
用户市场对本国工控技术／产品的不认同，也制约了*的工控产品实践提高的机会。基于上述原因，国产控制系统难以进入重大工程的关键、核心、主体装备，这一市场的大部分仍被国外工控系统。尤其用于广大离散型工厂自动化的PLC系统，情况不容乐观。
国产PLC的机遇与挑战
当前制造业**化趋势加剧，PLC的制造也并非劳动密集型，欧美日等国的PLC产品原料制作成本在降低，在价格方面，国产PLC并没有多大优势。在这样的形势下，如果还是采取价格竞争的话，可能整个PLC产业都会失去投资价值，产品的配套服务也会受到严峻的影响，这对用户来说可能是一场灾难。
PLC之能够在众多的IT产品竞争中长盛**，主要还是因为其可靠的稳定性。国内制造商们在追求成本的也要保持品质的优良和稳定性这两个基本条件，除此以外，大陆PLC制造商需要做的还有很多。
面对工业自动化和OEM的逐渐发展、PLC的应用和技术需求越来越多的现状，通用性PLC产品已经难以满足多样化的客户需求，OEM客户已经不仅仅关注PLC产品的成本和价格，更注重其企业形象、PLC与自身核心技术的**融合，PLC定制化会越来越频繁地出现在各PLC厂家的市场需求中。
用户对PLC网络化的需求也愈发旺盛。目前国内用户在PLC的使用上，绝大多数还处于类似单机应用的程度，后续随着智能制造的发展，将大大推动传统自动化与网络技术的密切结合。在现有的传统应用上，随着智能工厂以及物联网的发展，工厂设备联控、PLC与上位机及其他智能产品的数据交互、大数据应用等领域，对PLC的技术发展提出了新的要求，这是新的机遇也是极大的挑战。这要求PLC产品在维持高性价比的前提下，具备的环境适应能力、稳定可靠，并且能够简便地接入各种网络，充分发挥PLC产品在数据采集、数据交互方面的作用。
在服务方面，国内PLC制造商需要根据用户的要求量身定做，实现专门化的服务策略。对于用户来说，需求都有专门化，特别是装备制造商，对电控的成本尤为重视，根据客户的需求进行量身定做，不仅可以降低产品成本，也可以让用户感受到*有的服务。而在售前服务方面，本土制造商可以对用户的PLC、人机界面、变频器乃至低压电器进行的咨询和配套服务，提供一体化的产品和一站式的服务，发挥自己的本土优势。
PLC未来发展方向
紧扣用户需求的基础上，我们还必须对PLC未来的发展趋势有深入了解。
是PLC操作向简易化方向发展。目前PLC推广的难度之一就是复杂的编程使得用户望而却步，不同厂商PLC所有编程的语言也不尽相同，用户往往需要掌握更多种编程语言，难度较大。PID控制、网络通信、高速计数器、位置控制、数据记录、配方和文本显示器等编程和应用也是PLC程序设计中的难点，用普通的方法对它们编程时，需要熟悉有关的特殊存储器的意义，在编程时对它们赋值，运行时通过访问它们来实现对应的功能。
这些程序往往还与中断有关，编程的过程既繁琐又容易出错，阻碍了PLC的推广应用。PLC的发展必然朝着操作简化对复杂任务的编程，西门子就充当了**者，西门子S7－200的编程软件设计了大量的编程向导，只需要在对话框中输入一些参数，就可以自动生成包括中断程序在内的用户程序，大大方便了用户的使用．
二是PLC向高性能小型化方向发展，PLC的功能正越来越丰富，而体积则越来越小。比如三菱的FX－IS系列PLC，*小的机种，体积仅为60×90×75mm，相当于一个继电器，但却具有高速计数、斜坡、交替输出及16位四则运算等能力，还具有可调电位器时间设定功能。PLC已不再是早期那种只能进行开关量逻辑运算的产品了，而是具有越来越强的模拟量处理能力，以及其他过去只有在计算机上才能具有的**处理能力，如浮点数运算、PID调节、温度控制、**定位、步进驱动、报表统计等。从这种意义上说，PLC系统与DCS（集散控制系统）的差别越来越小了，用PLC同样可以构成一个过程控制系统。
三是PLC网络化技术的发展。其中有两个趋势：一方面，PLC网络系统已经不再是自成体系的封闭系统，而是迅速向开放式系统发展，各***PLC除形成自己各具特色的PLC网络系统、完成设备控制任务之外，还可以与上位计算机管理系统联网，实现信息交流，成为整个信息管理系统的一部分。
另一方面，现场总线技术得到广泛的采用，PLC与其他安装在现场的智能化设备，比如智能仪表、传感器、智能型电磁阀、智能型驱动执行机构等，通过一根传输介质（比如双绞线、同轴电缆、光缆）链接起来，并按照同一通信规约互相传输信息，由此构成一个现场网络，这种网络与单纯的PLC远程网络相比，配置更灵活，扩展更方便，造价更低，性能价格比更好，也更具开放意义。
