Mit Beginn des 21. Jahrhunderts befanden sich die meisten der in den 1980er Jahren nach China importierten großen CNC-Bohr- und Fräsmaschinen in der Phase der Generalüberholung. Aufgrund der Modernisierung der CNC-Systeme werden die ursprünglichen Systeme dieser Maschinen nicht mehr hergestellt, und Ersatzteile sind sehr teuer. Daher nutzen die meisten Anwender die Maschinenüberholung, um das CNC-System aufzurüsten. Angesichts dieser Situation ist es notwendig, die Systemmodernisierung dieser Werkzeugmaschinenart basierend auf meiner praktischen Erfahrung zusammenzufassen, um zukünftige Arbeiten zu erleichtern. 1. Auswahl des Modernisierungskonzepts 1.1 Auswahl des CNC-Systems In China werden diese Werkzeugmaschinenarten hauptsächlich aus Europa importiert. Die ausgestatteten CNC-Systeme sind fast alle Siemens 8M-Systeme, die SPS gehören zur Siemens S5-150-Serie, und die Antriebskomponenten sind meist Siemens-Gleichstromantriebe. Bei der Festlegung des Modernisierungskonzepts entscheiden sich die meisten Anwender aus Budgetgründen und anderen Erwägungen dafür, die Antriebs- und Motorkomponenten beizubehalten und nur das System auszutauschen. Daher wählen Anwender im Sinne der Systemkontinuität und -kompatibilität häufig das Siemens SINUMERIK 840C-System. Dieses von Siemens Anfang der 1990er-Jahre eingeführte System ist ein High-End-System mit leistungsstarken Funktionen und flexibler Einsatzmöglichkeit. Es eignet sich für verschiedene Bearbeitungsmaschinen und ist in China weit verbreitet. Bei ausreichendem Budget bietet sich das SINUMERIK 840D-System an, bei dem sowohl der Antrieb als auch der Motor ausgetauscht werden müssen. Das SINUMERIK 840D-System ist ein rein digitales High-End-CNC-System, das Mitte der 1990er-Jahre von Siemens auf den Markt gebracht wurde. Auch der zugehörige Antrieb und Motor sind digital. Aus Entwicklungssicht ist dieses System ausgereift und zählt heute zu den Standardmodellen unter den High-End-Systemen von Siemens. 1.2 SPS-Auswahl: Je nach gewähltem System werden unterschiedliche SPSen ausgewählt. Das SINUMERIK 840C-System ist mit der SPS S5-135WD ausgestattet. Anwender können die SPS-Hardwarekonfiguration frei wählen: entweder mit verteilter E/A (DMP) oder mit der Erweiterungseinheit 185U. Im Vergleich der beiden Verdrahtungsarten ist die DMP-Verdrahtung zwar komplexer, aber kostengünstiger, während die 185U-Verdrahtung einfacher ist und der ursprüngliche 150-Frontstecker beibehalten werden kann, jedoch teurer ist. Beide Lösungen erfüllen die funktionalen Anforderungen des Systems. Das SINUMERIK 840D-System ist mit einer S7-300-SPS ausgestattet, und der Verdrahtungsaufwand ist vergleichbar mit dem des 840C-Systems mit DMP. 2. Umgang mit der Werkzeugmaschinen-Elektrik: Beim Umgang mit der Elektrik sollte das Prinzip der minimalen Modifikation befolgt werden. Die ursprüngliche Elektrik der Werkzeugmaschine sollte weitestgehend beibehalten werden; lediglich die systemrelevanten Teile werden neu konstruiert. Für die Handhabung der Peripherie-Ein-/Ausgänge gilt das Prinzip, die ursprünglichen Adressen beizubehalten. Selbst ungenutzte Punkte sollten deren Adressen beibehalten werden, um zu verhindern, dass sie von anderen Punkten belegt werden. Dies ist für die SPS-Programmverarbeitung wesentlich vorteilhafter. Dieser Punkt wird später erläutert. 3. SPS-Programmverarbeitung Dieser Abschnitt verwendet den Austausch eines 8M-Systems durch ein SINUMERIK 840C-System als Beispiel, um die bei der Verarbeitung von SPS-Programmen zu beachtenden Aspekte zu veranschaulichen. Ein Grundprinzip der SPS-Programmverarbeitung besteht darin, so viel wie möglich vom ursprünglichen SPS-Programm beizubehalten und lediglich ein Konvertierungsprogramm um das Originalprogramm herum hinzuzufügen, um die notwendigen Konvertierungen an den systembezogenen Teilen durchzuführen. Dies minimiert den Arbeitsaufwand und erhält gleichzeitig so viele Sicherheitsvorkehrungen wie möglich aus dem ursprünglichen SPS-Programm. Meiner Erfahrung nach ist diese Methode der beste Ansatz für solche Systemmodernisierungsprojekte. 3.1 Verarbeitung von Systemfunktionsbausteinen In Siemens-SPS-Produkten verfügen verschiedene Systeme über unterschiedliche Systemfunktionsbausteine. Daher müssen bei der Aktualisierung eines Systems die Systemfunktionsbausteine ​​entsprechend verarbeitet werden. Bei der Aktualisierung eines 8M-Systems auf ein 840C-System müssen Funktionsbausteine, die mit Datenbausteinen (FB11, FB60) verknüpft sind, auf die neuen FB11 und FB60 aktualisiert werden, während andere Systemfunktionsbausteine ​​gelöscht werden können. 3.2 Verarbeitung von Systemschnittstellensignalen In Siemens-Systemen erfolgt die Kommunikation zwischen NC und SPS über Schnittstellensignale, die aus zwei Hauptteilen bestehen: NC→SPS und SPS→NC. SPS→NC sind Steuersignale zur Steuerung von Systemaktionen; NC→SPS sind vom System bereitgestellte Statussignale, die überprüfen, ob die Steuersignale korrekt ausgeführt wurden. Die Verarbeitung dieses Teils des SPS-Programms ist daher ein zentraler Aspekt der Systemmodifikation und wird in diesem Beitrag näher erläutert. Im 8M-System belegen alle Schnittstellensignale Flag-Bits, während sie im 840C-System größtenteils in Datenblöcken (DB) liegen. Daher muss dem neuen SPS-Programm ein Signalumwandlungsprogramm hinzugefügt werden. Da Schnittstellensignale bidirektional sind, müssen zwei Programmblöcke entworfen werden: einer für die Verarbeitung von NC→SPS-Signalen und einer für die Verarbeitung von SPS→NC-Signalen. Diese werden im Folgenden separat beschrieben. 3.2.1 Flag-Behandlung: Im SINUMERIK 840C-System sind die Blöcke FY0–FY24 vom System belegt. Im 8M-System sind diese Signale jedoch Teil der Schnittstellensignale. Daher müssen sie bei der Konvertierung von SPS-Programmen zuerst verarbeitet werden. Die genaue Vorgehensweise ist: Vor dem Aufruf des ursprünglichen 8M-Systems OB1 werden die Daten FY0–FY24 im Datenblock gespeichert. Nach dem Aufruf werden sie wiederhergestellt, damit das 840C-System ordnungsgemäß funktioniert. 3.2.2 Manuelle Steuerung: Fast alle Werkzeugmaschinen dieses Typs verfügen über einen manuellen Betriebsmodus. Dieser Modus unterscheidet sich deutlich vom 840C-System und ist den Bedienern vertrauter. Daher sollte er bei Systemaktualisierungen beibehalten werden. Dies betrifft die Bedienung des Maschinenbedienfelds. Erfahrungsgemäß ist es am besten, das ursprüngliche Bedienfeld beizubehalten, da so die gewohnte Bedienung weitestgehend erhalten bleibt und die Bedienung für die Bediener einfacher wird. 3.2.3 Verarbeitung der Systembetriebsarten Bei der Verarbeitung der Systembetriebsarten sind zwei Aspekte zu berücksichtigen: Erstens der Modus „Manuelle Dateneingabe“ des 8M-Systems, der im 840C nicht verfügbar ist. Daher müssen die entsprechenden Teile aus dem SPS-Programm entfernt werden. Zweitens der Modus „Inkrementell“, der im 8M-System nur ein Bit (F25.5) in den Schnittstellensignalen aufweist, während der 840C sechs Inkrementalsignale besitzt: 1INC/10INC/100INC/1000INC/10000INC/VAR. Diese sechs Signale müssen daher im ursprünglichen SPS-Programm auf F25.5 abgebildet werden. 3.2.4 Verarbeitung von Achsensignalen (1) Verarbeitung von SPS→NC-Signalen In diesem Verarbeitungsschritt werden alle im ursprünglichen SPS-Programm des 8M-Systems verwendeten SPS→NC-Signale den Schnittstellensignalen des 840C-Systems zugeordnet. Die 840C-spezifischen Signale werden entsprechend verarbeitet. Die folgende Liste zeigt beispielhaft die Signalzuordnungen: 8M: F*.0 — 840C: DB32/Dk+2.9 (Endschalter +) F*.1 — 840C: DB32/Dk+2.8 (Endschalter -) F*.2 — 840C: DB32/Dk+1.10 (Controller-Freigabe). Andere Signale werden analog verarbeitet. (2) Verarbeitung von NC→SPS-Signalen Die Signalverarbeitung erfolgt analog zu der der SPS→NC-Signale. Lediglich die Richtung der Signalzuordnung ist zu beachten. Bei der Verarbeitung von SPS→NC-Signalen werden die 8M-Signale den Signalen des 840C-Systems zugeordnet. Bei der Verarbeitung von NC→SPS-Signalen werden hingegen die Signale des 840C-Systems den 8M-Signalen zugeordnet. Beispiel: 840C: DB32/Dk.10——8M: F*.1 (Bewegungsbefehl -) DB32/Dk.11——8M: F*.0 (Bewegungsbefehl +) DB32/Dk.12——8M: F*.2 (Referenzpunkt erreicht) 3.2.5 Spindelsignalverarbeitung (1) SPS→NC-Signalverarbeitung Hierbei ist die Verarbeitung des Spindeloszillationssignals zu beachten. Bei der 8M kann die Schwenkbewegung mit nur einem Signal F14.2 realisiert werden, während bei der 840C zwei Signale benötigt werden: DB31/Dk+2.6 (Hubgeschwindigkeit) und DB31/Dk+2.0 (SPS-Spindelsteuerung). Daher muss im Programm F14.2 sowohl DB31/Dk+2.6 als auch DB31/Dk+2.0 zugeordnet werden: -C DB 31 AN F 14.2 = D 2.6 = D 2.0 (2) NC→SPS-Signalverarbeitung. In diesem Teil der Signalverarbeitung wird üblicherweise nur das Signal für den Spindelstillstand verwendet. 3.2.6 Handhabung von Hilfsfunktionen. Bei diesem Maschinentyp wird am häufigsten die Funktion M verwendet, einige Maschinen nutzen auch die Funktion H. In diesem Verarbeitungsschritt müssen lediglich die entsprechenden Signale einander zugeordnet werden. Die genaue Entsprechung lautet wie folgt: 840C: DB10/DL18——8M: FY225 DB10/DL19——FY226 DB10/DL20——FY227 ...... DB10/DL30 ——FY237 Dies ist die Entsprechung der M-Funktionen (M0-M99). Die Zuordnung der H-Funktionen lautet wie folgt: 840C: DB10/DR45——8M: FY32 DB10/DL45——FY33 DB10/DR44——FY34 Zusätzlich müssen zwei Änderungssignale verarbeitet werden: 840C: DB10/D17.13——8M: F31.0 DB10/D17.8——8M: F31.3 3.2.7 Alarmbehandlung (1) Im 8M-System sind die alarmbezogenen Schnittstellensignale in FY188-FY219 angeordnet, im 840C-System hingegen in DB58. Die genaue Zuordnung lautet wie folgt: 8M: FY188-840C: DB58/DL3 FY189-DB58/DR3 FY190-DB58/DL4 ...... FY219-DB58/DL19 (2) Alarmtextverarbeitung Da das 8M-System Alarmtexte auf spezielle Weise verarbeitet, ist dieser Teil der Verarbeitung bei Systemaktualisierungen aufwändiger. Daher ist es notwendig, die Alarmtextverarbeitung des 8M-Systems zu erläutern. Im 8M-System werden Alarmtexte gemäß der Subjekt-Prädikat-Struktur in zwei Datenblöcken (DB4, DB5) gespeichert, während die Verknüpfungsbeziehung der Texte in einem weiteren Datenblock DB7 abgelegt wird. Jedes Alarmsignal entspricht einem Datenwort in DB7. Dieses Datenwort bestimmt, welche zwei Texte in den Datenblöcken DB4 und DB5 den entsprechenden Alarmtext bilden. Beispielsweise entspricht F188.0 dem Datenwort DB7/DW0. Wenn der Inhalt von DW0 KY=000000 lautet, setzt sich der zugehörige Alarmtext aus den ersten Absätzen von DB4 und DB5 zusammen. Bei der Systemaktualisierung muss zunächst der Alarmtext für jedes Alarmsignal anhand der Inhalte von DB7, DB4 und DB5 generiert werden. Anschließend wird dieser Text gemäß dem Alarmtextformat des 840C-Systems in das System eingegeben, wodurch die Alarmtextzuordnung abgeschlossen wird. 3.2.8 Analoge Signalverarbeitung Da diese Werkzeugmaschinen groß und teuer sind, berücksichtigen die Hersteller umfassende Sicherheitsvorkehrungen während der Produktion. Ein Teil dieser Sicherheitsvorkehrungen wird über die analogen Ein- und Ausgabemodule des Systems realisiert. Daher muss dieser Teil bei Systemänderungen sorgfältig geprüft werden. Neue Module sollten die ursprünglichen Funktionen implementieren, anstatt einfach das ursprüngliche Programm zu übernehmen. Dies ist wichtig, da sich die ursprünglichen und die neuen Module hinsichtlich Datenformat, Wortlänge usw. deutlich unterscheiden; andernfalls kann die Schutzfunktion unwirksam sein. 4. Justierung des neuen Systems Die Justierung des neuen Systems bezieht sich hauptsächlich auf die Justierung der Koordinatenachsen und der Spindel. Die Justierung der Koordinatenachsen gliedert sich in Drehzahl- und Positionsregelung. Die Drehzahlregelung bezieht sich auf die Drehzahlanpassung, d. h. die Angleichung der tatsächlichen Drehzahl der Koordinatenachse an die Systemsteuerspannung. Der hier einzustellende Parameter ist die maximale Drehzahl, die der maximalen Steuerspannung entspricht. Zusätzlich muss möglicherweise das Rückkopplungspotentiometer des Drehzahlmessers im Antriebsteil justiert werden. Die Positionsregelung umfasst hauptsächlich die Justierung der Achsencharakteristiken, einschließlich der Nachführ- und Beschleunigungs-/Verzögerungscharakteristiken. Die einzustellenden Parameter sind die Verstärkung und die Beschleunigung der Achsen-Positionsregelung. Es ist besonders wichtig zu betonen, dass der Nachführfehler jeder Interpolationsachse bei gleicher Drehzahl im Wesentlichen konstant gehalten werden sollte, um ein abgerundetes Bearbeitungsprofil zu gewährleisten. Die Spindeljustierung umfasst hauptsächlich die Drehzahlregelung, d. h. die Justierung jeder Drehzahleinstellung. Hierbei ist nur ein Grundprinzip zu beachten: Die maximale Drehzahl jeder Einstellung entspricht einer Steuerspannung von 10 V. Die obigen Ausführungen basieren auf meiner Erfahrung mit der Modifizierung solcher Werkzeugmaschinen in den letzten Jahren. Ich habe mit dieser Methode bereits mehrere Werkzeugmaschinen erfolgreich modifiziert, darunter die aus Italien importierte CNC-Bodenbohr- und Fräsmaschine INNSE der Harbin Turbine Co., Ltd., die aus Deutschland importierte CNC-Bohr- und Fräsmaschine SCHIESS der Fuchunjiang Fuji Electric Co., Ltd. und die ebenfalls aus Deutschland importierte CNC-Bohr- und Fräsmaschine WOTAN der Harbin Electric Machinery Co., Ltd. Dies beweist die Machbarkeit und Effektivität der Methode. Ich habe sie in diesem Artikel zusammengefasst, in der Hoffnung, dass er anderen als Inspiration und Hilfe dient.