西门子将电气化、自动化、数字化的力量融入各行各业，以前所未见的高度、速度、精度和深度，让关键所在，逐一实现。

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该数控龙门加工中心由德国WALDRICH COBURG公司于1983年生产制造，机床为双龙门且可以单独控制操作，型号为20-10-600CNC。原机床共有X1轴、XA1轴(双龙门同步移动)、Y轴(滑板)、Z轴(滑枕)、W1轴、WA1轴(横梁同步移动)、S轴(主轴)、C轴(旋转工作台)、A轴(附件轴)9个轴，配有12个附件头。原控制系统采用SIEMENS 8MC数控控制系统，X轴使用旋转变压器做位置检测并配以机械同步传动杠来保证立柱移动的同步要求。其他控制轴采用感应同步器做位置检测元件，横梁移动采用直流电动机串联运行并配以机械同步传动杠来保持传动的同步，并在一侧设有交流微调电动机作为调整之用。机床传动全部采用模拟直流伺服系统控制。

机床技术规格和参数：

·       X 轴行程: 0--27000mm, 速度:5--10000mm/min；

·       Y 轴行程: 0--8000mm, 速度:5--6000mm/min；

·       Z 轴行程: 0--1000mm, 速度:5--3000mm/min；

·       W 轴行程:0--3900mm，速度:5-2000mm/min；

主轴具有定向功能,2个档位,一档转数为6～275r/min；二档转数为17～750 r/min 。

数控系统的改造

选用西门子840D数控系统改造原数控龙门铣床的SINUMERIK 8MC数控系统。新系统包括“10.4"彩色TFT(OP031)显示器、MMC103带硬盘。MMC软件版本为5.3版本,WINDOWS 95操作系统,“3.5"软驱，R232标准通讯口。NCU为572.3系统，软件版本为840D的5.3版本。PLC采用S7-300输入/输出模块，同时利用840数控系统的PROFIBUS接口加装13个S7-ET200BPLC模块(其中两块模拟输出模块)，建立4个远程控制分站。该接口数据传输速度为1.5Mbaudrate,远高于X122接口187.5Kbaudrate的传输速度,提高了数据传输速度。各分站之间采用西门子专用通讯电缆,与CPU进行数据通讯,这样即节省控制电缆使用数量,也降低了电气故障率。该机床还具有龙门轴功能及主-从功能(主要解决X1、XA1,W1、WA1同步运行)以及五轴联动功能,中文显示,标准的固定循环,具有840D标准的系统功能。

驱动系统及电动机的配置

选用了西门子611D数字伺服驱动系统及1FT6系列交流伺服电动机改造X1轴，XA1轴, Y轴，Z轴，W1轴，WA1轴,S轴，选用西门子611D数字模块进行控制。

PLC部分

选用西门子S7－300和S7-ET200B改造原S5-PLC。采用SIEMENS 840D标准机床控制面板及用户操作面板实现机床的一些辅助动作和功能。

机床标准功能设置

首先通过根据原机床标准功能，自行设计电气原理图，并组织现场安装调试进行PLC、NC联机调试。

通过选用HEIDENHAIN直线光栅尺(LB382C)更换原Y轴、Z轴、W1轴、WA1轴测量系统。用HEIDENHAIN的增量编码器(ROD485)更换原X轴位置编码器，主轴定向编码器。 X轴同步功能利用2台增量编码器(ROD485)。利用840D的龙门轴功能实现X1轴、XA1轴两台电动机的同步运行。W轴同步功能利用LB382C直线光栅尺(左右各安装一根直线光栅尺)。利用840D的龙门轴功能，实现W1轴、WA1轴2台电动机的同步运行，并在WA1侧设有微调电动机作为手动横梁水平调整之用。

主轴根据滑枕上安装的接近开关与附件铣头上安装的接近开关组合不同，通过PLC程序编制，可进行自动、手动安装附件铣头以及不同附件铣头不同功率限制，用以保护附件铣头不超功率进行工件切削。

机床数据配置

对于一台标准的数控龙门加工中心，根据机床实际工作需要作了以下机床数据配置。

·       X1,XA1,Y,Z,W1,WA1,S轴的NC参数配置；

·       X1,XA1,Y,Z,W1,WA1,S轴的驱动参数配置；

·       X1,XA1,Y,Z,W1,WA1,S轴的驱动优化；

·       X1,XA1,Y,Z,W1,WA1轴的螺距补偿。

通过PROFIBUS总线对机床上各个用户操作站进行硬件组态联机及设定。设顶用户报警信息及操作信息的编制和显示、附件头装卸的程序编制、840D控制系统标准功能的实现。

PLC控制程序的设计及联机调试

除了设计该机床正常工作所需各种功能的PLC程序外，针对于该数控龙门加工中心特殊功能，也作了以下PLC程序设计及调试。

利用两台增量编码器，X轴龙门轴同步功能的PLC程序设计及调试。利用两根LB382C直线光栅尺，W轴龙门轴同步功能的PLC程序设计及调试。W轴横梁自动、手动调平PLC程序设计及调试。主轴及附件铣头的功率限制的PLC程序设计及调试。

根据滑枕上安装的接近开关与附件铣头上安装的接近开关组合不同，各种附件铣头的自动识别及装卸的PLC程序设计及调试；刀具辅助铣头装卸故障时的手动紧急处理的PLC程序设计及调试；横梁前倾后倾的(扫刀装置)PLC程序设计及调试；对各个座标轴限位的PLC程序，各个坐标轴Reference程序设计及调试；根据机床要求的用户报警信息及操作信息的PLC程序设计及调试。

数控机床故障报警对机床操作者及维修技术人员，在操作和维修起很大作用，因此该机床故障报警划分级别设计为：机床紧急停止、相应及相关动作停止、报警提示延时后停止相应动作、报警提示。机床设计为自动检测主轴附件使用功率，在达到最大设定负荷时产生报警信息,超过最大设定负荷时停止相应进给动作。使用简单的中文语言对报警进行描述，并提供相关的故障诊断信息。为保护机床，报警后相应故障、诊断信息不经手动清除不得自动消除。上述信息在CNC显示器上进行中文显示设定。

机床安全保护、操作互锁的PLC程序设计及调试。包括主轴换档的PLC程序设计及调试；各个用户操作站手动功能的PLC程序设计及调试,数控系统面板及扩展机床面板调试；其他辅助功能的PLC程序设计及调试。

通过配置SIEMENS 840D数控系统，西门子611D数字伺服驱动系统及1FT6系列交流伺服电动机和选用西门子611D数字模块、S7-300 数字量输入输出模块、ET200B模块等硬件。利用西门子专用TOOLBOX软件，进行PLC程序设计以及840D数控系统NC机床数据正确配置，一次调试成功，达到了原机床设计功能，在很短时间内试车成功，投入生产使用。同时，也使我们了解了SIEMENS 840D数控系统优越性能，积累了数控机床设计和调试的经验。

完整的基于PC的控制系统范围电脑在自动化应用领域已经变得越来越重要。典型的应用范围包括人机界面和数据处理等。通常情况下，这些任务并不需要耗费PC机全部的计算性能。那么，为什么不利用目前尚未使用的资源，将其变成一个基于PC的控制器呢？兼容性的软件PLC可以使任何PC都成为基于PC的控制器，还可用作故障安全的控制器。西门子为此提供了一个全方位的解决方案。

说明

SIMATIC WinAC RTX 是用于基于 PC 的自动化解决方案的软件控制器，允许在 PC 上执行实时功能、确定性的控制功能。

应用范围

SIMATIC WinAC RTX 特别适用于除了控制功能还有必要在一个 PC 平台上实现真正的实时功能、高数据量能力和快速工艺功能的自动化任务。经过优化的运行时刻系统支持与控制任务并行的进行类型丰富的、要求苛刻 PC 应用处理任务。

为了优化能力利用率，使用了最新的技术，如多核处理器技术 – 例如一个核用于 Windows 应用程序，而另一个用于 
SIMATICWinAC RTX。

对 PLC 运行时刻数据的访问优化，如图像处理、数据记录等，通过 WinAC 选件开放式开发套件（ (ODK）) 的方式执行。ODK 应用程序使用标准的高级语言编程。
通过一种接口集成

• 客户代码扩展（CCX）从 WinAC 控制程序中调用高级语言例程

• 共享内存扩展（ (SMX）) 在 WinAC 和 Windows 应用程序之间快速的交换数据

• 控制器管理集成（ (CMI）) 为自己的 PC 应用程序提供了 WinAC 控制面板功能

SIMATIC WinAC RTX 的性能可以跨处理器性能进行扩缩。
应用范围跨越了从使用坚固的嵌入式 PC 的机器级控制任务，到使用最新处理器技术的 PC 上的高端应用。

优点

• 通过在一个系统上解决 PC 型应用（商业软件，如 MS office，和自有、专有的 C++、B 用户程序等）和自动化任务实现了跨领域应用

• 通过安装在标准的 PC 硬件平台上实现了开放性

• SIMATIC 嵌入式产品包：坚固的完整产品，带有预装好的 Windows 操作系统和 SIAMTIC WinAC RTX

• 通过使用长期可用的工业 PC，同时充分利用不断出现的 PC 创新技术和性能提高，实现了投资安全性

• 通过低成本的集成网络接口，可以方便的实现通讯功能

• 通过使用熟悉的 SIMATIC STEP 7 环境进行工程组态减少了培训工作量

布局和功能

工程组态

SIMATIC STEP 7 是一款适用于所有模块 SIMATIC 控制器 
S7-300/ S7-400 和软件控制器 WinAC 的工程组态软件。

SIMATIC WinAC RTX 平台运行在带有 MS Windows XP 或嵌入式操作系统的标准 PC 上，可以实现与 SIMATIC 工业 PC的最佳匹配。使用在嵌入式 PC 平台上，如 SIMATIC IPC 427C 或 SIMATIC HMI IPC 477C，可以实现特别经济而且极其坚固的解决方案。SIMATIC WinAC RTX 使用 PC 的主存储器，并可以在硬盘/闪存上提供程序备份。非周期性数据，如生产参数或配方数据，可以借助系统功能永久性的保存在 PC 存储器上。此外，所有的数据都可以通过使用不间断电源（ (UPS）)保证其安全性。

通过连接 I/O
，SIMATIC WinAC RTX 不仅可以通过 PROFIBUS 控制分布式 I/O，还可以通过 PROFINET 进行控制。通过 PROFIBUS DP 设备对象连接的 I/O的传输速度，通过 SIMATIC IPC 集成的 DP 设备对象接口或者通过通讯处理器（CP 5611 A2/5613 A2）最高达到 12Mbit/s。
您可以操作最多 4 条 PROFIBUS 线路，最多 500 个从站。此外，还可以通过 PROFINET 连接 I/O。这需要 SIMATIC IPC 的集成以太网接口，或者通讯处理器 CP1616 (PCI) 或 CP 1604 (PCI-104)。
另外，WinAC RTX 还支持系统功能等时模式。
利用等时模式{}，高速度、时间相关应用如闭环控制可以通过分布式{} I/O 实现。

技术数据

	WinAC RTX 2009
订货号分组	6ES7 671-0RC.
基本特点
RAM（集成）（代码/数据）	PC 存储器（非分页存储器）
输入/输出的总数	16/16 KB
位存储器	16 KB
S7 计数器/定时器	2048/2048
块数量（FB、FC、DB）	只受可用 PC 工作存储器的限制
PLC 编程软件	STEP 7，V5.4 SP4 或更高版本, 工程组态工具 (可选)
保持性
带有 UPS 的保持性	所有数据1)
执行时间说明
位/整数运算	0.004 μs/0.003 μs
浮点运算（参考平台）	0.004 μs (Pentium 4, 2.4 GHz)
确定性	●
DP 设备对象连接
总数	4
CP5613-A2 / 5603	4
CP5611/SIMATIC PC 的集成接口, 最大	1
PN 接口
CP1616/1604	1
PROFINET 接口	1 (SIMATIC PC 或 Microbox)
通讯功能
PG / OP通讯	●
S7 通讯	●
开放式用户通讯（OUC）	●
通过 OPC 进行过程数据访问	●
工艺
等时模式	● (PN 和 DP)
SIMATIC FM	FM 350/351/352/ 353/354/355
简单的传动控制	●
C/C++, VB, C# link	● With ODK
通过 SIMATIC 接口 SIMATIC WinCC/WinCC flexible 实现操作员控制和监视
	●
操作系统
Windows XP 专业版	● (SP2, SP3)
Windows XP Embedded	● (在 SIMATIC PC 的 XPe 图像上)
Windows 7	●

1) 128 KB，对于特定的 SIMATIC PC，不带UPS

SINUMERIK 810D NC软件选件的一系列突出优势可以帮助您在竞争中脱颖而出。例如提前预测功能，可以在集成控制系统上实现快速控制。

另一个例子是坐标变换功能。固定点停止可以用来卡紧工件或定义简单参考点。模拟量控制控制模拟信号输出;

刀具管理也是另一种功能强大的管理软件选件。

样条插补功能(A，B，C样条)用来产生平滑过渡；压缩功能用来压缩NC记录；多项式插补功能可以提高810D/810DE运行速度。

温度补偿功能保证您的数控系统在这种高技术、高速度运行状态下保持正常温度。此外，系统还为您提供钻、铣、车等加工循环。 SINUMERIK 840D

3.SINUMERIK 840D

SINUMERIK 840D数字NC系统用于各种复杂加工,它在复杂的系统平台上，通过系统设定而适于各种控制技术。840D与SINUMERIK_611数字驱动系统和SIMATIC7可编程控制器一起，构成全数字控制系统，它适于各种复杂加工任务的控制，具有优于其它系统的动态品质和控制精度。

二、西门子产品功能

SINUMERIK 840D标准控制系统的特征是具有大量的控制功能，如钻削、车削、铣削、磨削以及特殊控制，这些功能在使用中不会有任何相互影响。全数字化的系统、革新的系统结构、更高的控制品

质、更高的系统分辨率以及更短的采样时间，确保了一流的工件质量。

控制类型

采用32位微处理器、实现CNC控制，用于完成CNC连续轨迹控制以及内部集成式PLC控制。

机床配置

可实现钻、车、铣、磨、切害、冲、激光加工和搬运设备的控制，备有全数字化的SIMDRIVE611数字驱动模块：最多可以控制31个进给轴和主轴．进给和快速进给的速度范围为100-9999mm／min。其插补功能有样条插补、三阶多项式插补、控制值互联和曲线表插补，这些功能。为加工各类曲线曲面零件提供了便利条件。此外还具备进给轴和主铀同步操作的功能。

SIMADYN D 应用案例

                       SIMADYN D 的典型应用

钢铁行业. 印刷行业. 起重工业. 金属制造业. 金属处理. 化纤行业. 玻璃工业. 电缆行业. 纺织工业. 锡箔工业.

 

复杂工艺控制 
   
1, 电气同步系统 
 2,定位控制  
 3,定尺剪和飞剪 
 4,复杂力矩控制
 5,液 压 驱 动 控 制 
 6,卷曲机 

SIMADYN D典型应用

胶卷生产线
在每个槽架有8 CPU 
 采样时间 <= 7 ms
 大约40 个力矩控制和10个速度控制

管式印刷机
 在每个槽架有1 CPU
 采样时间 <= 1 ms
 4 个位置控制
 轴向式集装箱起重机
在每个槽架有 4 CPU
采样时间 <= 1 m
 造纸：同步, 张力及位置控制                   
金属处理：位置，厚度和同步控制

 

造纸：同步, 张力及位置控制                  

 

金属处理：位置，厚度和同步控制

纺织工业：张力控制

驱 动

同 步 多 机 驱 动 可 用 于 纤 维 工 业 或 轧 钢 工 业

SIMADYN D 特别适用于

.
复杂的工艺控制功能：如卷曲机，多电机驱动， 同步以及定位控制等。
 数据的采集及处理
 高速通讯－ 现 场 总 线， 以 太 网
 快速, 高精度的运算－ 32/64 位 浮 点 数 运 算
 确保功能的冗余性和灵活性

书本型PM340