摘要：文章以臥式加工中心自動工作臺交換(APC)控制為例，介紹了西門子840通道控制技術的特點。

1 前言

所謂數控系統的通道(Channel)控制技術，其實質就是并行處理。它使系統可以同時處理多個程序，提高了系統的性能與可靠性，降低了成本。運用這一先進技術，可以較好地解決多單元復合、多軸機床的控制問題。

西門子公司從810系統起就采用了通道控制技術，到了840系統，這一技術更為成熟。它不但增加了通道數量，而且還引入了“操作方式組(operatingmodegroup)”概念，使6個通道可在6種不同的操作方式下同時工作，可以執行全部輔助機能(如：M，S，t，H，D等)，且可以控制主軸。通過840系統特有的“程序與軸協調”命令(NC程序指令)，還可以靈活地控制與協調各通道、各軸的運動和控制。

下面以TMA-55OPN6臥式加工中心的自動工作臺交換控制為例，介紹西門子840多通道控制技術的特點。

2 機床控制要求

TMA-55OPN6臥式加工中心是我廠從意大利進口的全功能臥式加工中心，采用西門子840數控系統。它帶有6個臺位的回轉式工作臺庫，64把刀，能夠進行七軸控制。該機床除普通臥式加工中心所具有的X、Y、Z、B(回轉工作臺)、C(主軸位置控制)這五個基本數控軸外，為了提高可靠性和效率，簡化液壓與機械傳動系統，其刀庫的回轉和工作臺庫的回轉都采用了數控軸進行控制，其中U軸為工作臺庫回轉軸，V軸為刀庫回轉軸。因為隨機刀庫的刀具預選和工作臺的輸送都必須在機床加工時同時進行，這是多軸聯動功能無法滿足的(因為七軸并不是同時到位)。為此，TMA公司采用了西門子840通道控制技術。

TMA-55OPN6的軸與通道分配如表所示。
TMA-55 OPN6軸與通道分配表
軸號軸名稱通道操作方式組備注
1X11工作臺左右運動
2Y11工作臺上下運動
3Z11工作臺縱向運動
4B11工作臺回轉
5V22刀庫回轉
6E33工作臺庫回轉
7C11主軸位置控制

三個通道由3個不同的NC加工程序進行獨立控制，同時運行，通道間的協調由PLC程序、CNC的R參數、CL800專用宏程序指令實現。通道Z和通道3的控制原理基本相同。本文以通道3為例，介紹基本的通道控制方法。

TMA-55OPN6工作臺交換控制的基本要求如下：

1) 工作臺庫的布置如圖所示。6個臺位互隔60°，組成了360°回轉軸E，其中E=0°位置為交換位，E=180°位置為人工裝卸位。考慮到工作臺的配合精度，工作臺庫采用固定地址安裝方式，1#位對應E=60°，依次類推。

1.機床工作臺 2.交換門 3.工作臺庫 4.人工裝卸位 5.裝卸門
工作臺交換裝置示意圖
2) 在機床正常加工時，要求將工作臺庫上已完成加工的工作臺自動轉到人工裝卸位進行裝卸。在工作臺庫動作開始后，首先是將機床上的工作臺取下，裝入原臺位，然后將所要求的工作臺裝入機床。以下兩種情況屬于出錯：①與機床上工作臺相對應的工作臺庫臺位上已裝有工作臺；②所要求的工作臺為已加工或未安裝。

3) 當工作臺交換命令發出后，機床進行工作臺交換，動作順序如下：

①取下工作臺動作：(i)通道1將X、Y、Z、B軸運動到規定的坐標點上；通道3將機床上工作臺對應的安裝位轉到交換位。兩個通道同時動作，五個坐標軸一起運動。(ii)由電磁閥控制執行常規的交換動作。(iii)修改工作臺狀態數據，將交換位上的工作臺狀態置“已加工”，機床上工作臺狀態設“無工作臺”，由M56輔助機能指令通過PLC程序控制實現。
②裝上新的工作臺動作與取下時基本相同。

3 控制軟件設計

為了能實現以上動作，該機床利用了840的R參數來表示各種狀態。定義如下：

·R800：表示現在安裝在機床上的工作臺號(1～6)，“0”代表機床上無工作臺。
·R801～R806：表示1～6號臺位上的工作臺狀態，“1”代表“未加工”，“2”代表“已加工”，“4”代表該臺位無工作臺。
·R902：要求轉到交換位的工作臺號(1～6)。
·R903：工作臺庫回轉軸(E)狀態信息，其中：Bit2=1代表E軸已完成回參考點動作；Bit2=1代表E軸已完成定位；Bit7=1代表現在交換位上有工作臺。

工作臺自動交換的輔助動作控制由以下M 機能實現：

·M53H**：將H代碼寫入參數R902。
·M56：機床上工作臺取下后使用本指令。將R800置“0”，現在交換位上的工作臺狀態置“2”(已加工)。
·M57：機床裝上工作臺后使用本指令。將R800置“現在交換位所對應的臺位號”，現在交換位所對應的臺位上的工作臺狀態置“4”(無工作臺)。
·M80～M85：交換動作用輔助機能。

1）通道3的CNC程序該程序用于控制工作臺庫的回轉。其設計思想是：開機后能自動完成回參考點動作；機床正常加工時，將已加工的工作臺送到人工裝卸位；自動交換開始后完成前述的動作。

2）通道1的CNC程序通道1為正常加工主通道，交換工作臺命令通過子程序調用指令實現，L9101～L9106分別控制將1～6號工作臺裝入機床，這6個子程序的原理相同。

3）PLC程序負責參數的傳送與輔助機能的執行。具體如下：

①利用840的數據傳送功能塊FB62進行以下處理；將E軸的回參考點完成信號(DB32D20.12)、精確到位信號(DB32D20.9)、現在交換位上的工作臺檢測信號(開關信號)寫入R902的對應位；執行M53指令，將M53后的H代碼寫入R902；執行M56指令，將0寫入R800，將交換位上的工作臺狀態置“2”(已加工)；執行M57指令，將交換位上的工作臺號寫入R800，將交換位上的工作臺狀態置“4”(無工作臺)。
②根據M80～M85指令，結合機床上的開關狀態，完成交換門的開/關；拉桿前伸/縮回；工作臺庫的夾緊/松開等電磁閥的控制。
③應特別注意的是：由于E軸的回轉運動僅僅受到參數R902的控制，只要R902不為0，工作臺庫就要產生回轉。因此，在設計PLC程序時一定要全面考慮工作臺庫的啟動條件，切不可在程序中輕易傳送R902。
④為了保證有關工作臺庫專用的M 指令不被錯誤的操作啟動，設計PLC程序時應對其加以保護。例如：只有在執行了特殊的M、H代碼之后才允許執行這些M 指令，或者是只有在工作臺庫動作進行的特殊條件下才被啟動，這些都是PLC程序設計時所必須考慮的問題。

4 通道控制要點與動作的協調處理

在TMA-55OPN6中，通道間的動作協調由PLC程序承擔。其要點是：

1）為了調整與維修的需要通道3應有兩種操作