基于PROFIBUS－DP的840D數(shù)控系統(tǒng)的主軸控制

王雷勇

（①青島高校重工機械制造有限公司，山東青島266106;②青島理工大學琴島學院，山東青島266106）

1 主軸的主流控制方式

目前主流主軸的控制方式有兩種:一種是“數(shù)字量主軸控制方式”，即采用主軸驅動模塊來控制主軸電動機，另外一種是“模擬量主軸控制方式”，即采用ANA模塊的模擬量控制變頻器，通過變頻器進而達到控制主軸電動機的目的。

西門子840D數(shù)控系統(tǒng)，當采用“數(shù)字量主軸控制方式”時，MSD與NCU通過驅動總線、設備總線相連，電動機直接接在MSD的電動機端子上，通過數(shù)字量的改變來控制主軸電動機的轉速。主軸的控制方式和進給軸的控制方式類似，這是最為直接的一種方式，但是由于價格太高，大功率的主軸電動機很少使用這種方式。采用“數(shù)字量主軸控制方式”的原理圖如圖1所示。

當采用“模擬量主軸控制方式”時，需要增加一個ANA模塊，ANA模塊的電壓值送給變頻器，通過電壓的變化來改變主軸電動機的速度。目前大功率的主軸電動機一般都采用這種控制方式，但是這種控制方式需要增加一個ANA模塊。采用“模擬量主軸控制方式”的原理圖如圖2所示。

2 一種新的主軸控制方式

由于NCU模塊有PROFIBUS－DP接口，提出一種新的采用 PROFIBUS－DP通信的方式來控制主軸，簡稱:“DP主軸控制方式”，其控制原理如圖3所示。

采用“DP主軸控制方式”的前提是:變頻器必須有DP通信接口，通過PROFIBUS－DP通信，設置變頻器為從站，NCU為主站，NCU通過寫變頻器的速度來改變主軸電動機的轉速。

3 “DP主軸控制方式”的實現(xiàn)過程

以一實例說明“DP主軸控制方式”的實現(xiàn)過程。

3.1 所需硬件及軟件

NCU:6FC5357－0BB15－0AA0（集成了西門子317－2DP）;變頻器:臺達C2000（配DP卡）。

西門子:STEP7 －V5.3。

3.2 硬件組態(tài)

硬件組態(tài)前，必須把C2000對應的GSD文件加到STEP7－5.3軟件里。GSD文件是一個文字檔，使用GSD文件可用來識別PROFIBUS－DP設備（主站或者從站）。GSD文件包含了在標準DP主站上配置一個DP從站所必須的數(shù)據(jù)信息，還基本包含有供應商的資料、支持通訊傳輸速率、以及可使用的I/O信號，GSD文件是主站參數(shù)記錄的基本構造。當使用CMCPD01做PROFIBUS－DP從站時，需將CMC－PD01的GSD文件加入PROFIBUS－DP主站的配置工具中。

關于硬件組態(tài)的詳細過程不再贅述，硬件組態(tài)完成后如圖4所示。網(wǎng)絡配置圖如圖5所示。C2000變頻器的相關配置如圖6所示。C2000變頻器PROFIBUS－DP通信時，變頻器端的參數(shù)設置如表1所示。

表1 變頻器的參數(shù)設置

3.3 軟件編程

3.3.1 編程方法

將S功能的主軸速度設定值首先找到對應值，然后將主軸速度設定值乘以主軸倍率作為主軸的實際值，利用PZD方式寫變頻器，將實際值送給變頻器，用M3控制主軸正轉、M4控制主軸反轉、M5控制主軸停止轉動。

3.3.2 幾個重要參數(shù)

DB21.DBD70 M 代碼值讀取（M3、M4、M5 出現(xiàn)時值分別為 3、4、5）

DB21.DBD100主軸設定速度 （主軸的S值）

DB3X.DBB19 主軸倍率修調 （這里主軸為第五根軸，接口信號為:DB35.DBB19）

PQW266 控制主軸啟停（參見圖6）

PWQ268 寫變頻器速度值（參見圖6）

其中主軸倍率修調值對應的是百分比（見圖7）。

3.3.3 程序源代碼

因為篇幅的關系，在network 11格雷碼轉換的代碼段里只給出了4個主軸倍率:50%、55%、60%、70%，其余的主軸倍率讀者可以很容易地寫出代碼。程序源代碼如圖8所示。

4 調試

在840D中編寫如下程序:

在“MDA”方式下，以不同的主軸進給率執(zhí)行“SINGAL BLOCK”，從變頻器的面板上可以看出電動機速度的變化;從840D操作界面上實際速度也發(fā)生相應的變化，同時可以看到:執(zhí)行M3代碼段時電動機正轉、執(zhí)行M4代碼段時電動機反轉、執(zhí)行M5代碼段時電動機停止。

5 結語

“DP主軸控制方式”的特點是成本低，穩(wěn)定可靠，適應性強，尤其可推廣應用在大功率的數(shù)控系統(tǒng)中。

［1］臺達.C2000 參數(shù)手冊［Z］.臺達電子工業(yè)股份有限公司，2010.

［2］廖常初.S7－300/400 PLC應用技術［M］.2版.北京:機械工業(yè)出版社，2008.

［3］Siemens AG.Programming with STEP 7 manual［Z］.Siemens Company，2006.

［4］陳先鋒，何亞飛.數(shù)控技術應用工程師［M］.北京:人民郵電出版社，2010.

［5］Siemens IA＆DT，SINUMERIK 840D configuring the NCU manual［Z］.Siemens Company，2006.