西門子840D SL 系統(tǒng)垂直軸抱閘的雙路控制

中捷機床有限公司 (遼寧沈陽 110141)馬俊杰

隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，人們對設(shè)備安全的要求越來越高，在數(shù)控機床中應(yīng)用更先進更安全的設(shè)計理念已經(jīng)成為一種趨勢。在數(shù)控機床的調(diào)試和應(yīng)用過程中，垂直軸的抱閘控制一直是設(shè)計中安全性要求最高的部分。引入一種更加安全的設(shè)計思路當(dāng)然也是刻不容緩。什么是抱閘控制?在數(shù)控機床中，為了鎖住與伺服電動機相連的垂直軸的運動，防止機床垂直軸下滑，須對伺服電動機或減速機進行抱閘控制。本文將從多方面分析入手，介紹一種比較有效的控制方法，實現(xiàn)更安全可靠的抱閘控制。本文主要以我公司生產(chǎn)的重大型機床設(shè)備應(yīng)用的西門子840D SL 系統(tǒng)為例予以說明，其他產(chǎn)品的抱閘控制方法可參考其進行。

抱閘的控制原理:當(dāng)制動器線圈通電時，線圈產(chǎn)生磁場使銜鐵盤吸向磁軛，銜鐵盤與制動盤脫離;當(dāng)線圈斷電時，磁通消失，銜鐵盤被釋放，彈簧施壓于銜鐵盤，將制動盤壓緊，由摩擦產(chǎn)生制動力矩達到制動的目的。

總體要求:機床上電后正常工作時，垂直軸抱閘釋放;機床斷電或伺服報警后，抱閘實現(xiàn)制動并保持垂直軸不下滑。而且，在機床上電時，要保證伺服電動機先使能，延時后再松開抱閘。機床報警或突然掉電時，高速運轉(zhuǎn)下的電動機先減速后再抱緊電動機，延時后再關(guān)閉電動機使能。機床下電時，先抱緊電動機，由于制動器動作需要時間，因此，必須延時后才能再關(guān)閉電動機使能。

在數(shù)控機床設(shè)計中，關(guān)于垂直軸抱閘的控制部分，我們普遍應(yīng)用的方式是通過驅(qū)動模塊自帶的抱閘點控制電動機抱閘或減速機抱閘。硬件的連接方式，如圖1 所示。

當(dāng)驅(qū)動模塊檢測到一切準(zhǔn)備好，電動機有使能后，驅(qū)動模塊會通過抱閘點輸出24V 的高電平，控制電動機抱閘或減速機抱閘的松開。當(dāng)電動機模塊檢測到報警或斷開電動機使能的同時，電動機模塊的抱閘輸出點會自動斷開。從而保證了電動機的垂直軸不會因為意外報警或電動機沒使能導(dǎo)致垂直軸突然下滑。

圖1

以上的設(shè)計能夠滿足簡單的小型機床的垂直軸抱閘控制。但在重大型機床的設(shè)計中，對垂直軸抱閘控制的安全性要求就要非常嚴(yán)格。對復(fù)雜的抱閘進行控制設(shè)計以及減速機抱閘電流要求較大時，就需要更加完善的設(shè)計。而且畢竟上述方法是單路控制，如果該路控制邏輯出現(xiàn)了錯誤，后果就不可想象。為了進一步提升設(shè)備的安全性，我們對垂直軸的抱閘控制采用雙路外接電源控制。這樣就彌補了上述單路控制方式的缺陷，大幅度提高了機床的安全性能。

下面我們就以重大型機床中的垂直軸(Z 軸)的減速機抱閘控制為例來說明抱閘雙路控制的實現(xiàn)方法。

1.硬件連接

(1)第一路通過伺服的抱閘控制點控制繼電器K14。如圖2 所示。

圖2

(2)第二路通過NCU 快速I/O 點控制繼電器K14A。如圖3 所示。

(3)將兩個繼電器串聯(lián)控制電動機減速箱抱閘松開的24V 端(也可以控制非24V 的D 電壓電源端)。如圖4 所示。

圖3

2.具體控制方法

圖4

(1)第一路控制 伺服抱閘控制需要在配置驅(qū)動時將該軸配置成有抱閘的電動機軸。配置完成后，當(dāng)驅(qū)動模塊檢測到一切信號準(zhǔn)備好，驅(qū)動軸有使能的同時，伺服的抱閘控制點會有高電平輸出。如圖2 所示，繼電器K14 得電有動作。

(2)第二路控制 如圖3 所示，我們需要將NCU 硬件X122 的11 腳配置成NC 程序中所用到的快速I/O，例如$A_ OUT ［1］。這樣就可以通過NC程序編程來控制$A_ OUT ［1］的狀態(tài)值，從而控制了NCU 硬件X122 的11 腳的輸出狀態(tài)。

如圖5 中所示，在操作面板的參數(shù)界面中找到NCU 控制器參數(shù)，將其中的參數(shù)P728 的bit11 改寫為1，以上操作是將X122 的11 腳設(shè)置為輸出。

圖5

通過圖5 可以看出:將X122 的11 腳配置成輸出后，該腳輸出的源頭為參數(shù)P0741。也就是說當(dāng)P0741 為1 時，X122 的11 腳就會有高電平的輸出。NC 變量$A_ OUT ［1］在NCU 控制器中與參數(shù)r2091.0 相關(guān)聯(lián)。當(dāng)NC 變量$A_ OUT ［1］的狀態(tài)值變?yōu)? 時，參數(shù)r2091.0 的值就會變?yōu)?。在NCU控制器P 參數(shù)中將P0741 更改為r2091.0。參數(shù)r2091.0 的狀態(tài)值就會傳送給參數(shù)P0741。

經(jīng)過以上配置，在NCU 的內(nèi)部將形成一個BICO連接。$A_ OUT ［1］—＞r2091.0 —＞P0741 —＞X122 的11 腳。此時，只要NC 變量$A_ OUT ［1］有輸出，在X122 的11 腳就會有高電平的輸出。也就是說我們只要對NC 變量$A_ OUT ［1］進行編程控制，就可以控制NCU 硬件X122 的11 腳的輸出。這個步驟我們會在下面的步驟(3)中應(yīng)用到。

PLC 程序如下:

以上PLC 程序中可以看出，當(dāng)Z 軸處于正常狀態(tài)，沒有軸禁止的報警并且確保關(guān)于Z 軸的一切信號正常時，M250.0=1，此時狀態(tài)代表Z 軸可正常移動，抱閘可以打開。

通過FC21 功能的調(diào)用，將MB250 的整個字節(jié)狀態(tài)位值與$A_ DBB ［1023］的整個字節(jié)狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。在PLC 程序中只要有MB250 字節(jié)狀態(tài)的改變，NC 變量$A_ DBB ［1023］的整個字節(jié)狀態(tài)就會發(fā)生相應(yīng)的變化。

在NC 同步子程序IDS.SPF 中編入以下程序段:

其中，$VA_DPE ［ZM］為驅(qū)動的脈沖使能，只要該驅(qū)動有脈沖使能，$VA_ DPE ［ZM］=1。當(dāng)Z 軸處于正常狀態(tài)，沒有軸禁止的報警時，PLC變量M250.0=1，會引起NC 程序中($A_DBB［1023］B_AND 'B00000001')=1 的變化。

從以上子程序的執(zhí)行過程中可以看出，當(dāng)M250.0=1 并且$VA_DPE ［ZM］=1 時，$A_OUT ［1］=1，NCU 硬件X122 的8 腳就會有高電平的輸出。繼電器K14A 得電有動作。

通過以上兩路的控制，只有在所有條件都滿足的情況下，才可能使K14 和K14A 同時得電有動作，共同控制電動機減速機的抱閘打開。在這個過程中無論發(fā)生NC 錯誤、PLC 死機還是驅(qū)動失效都不會打開減速機的抱閘，從而實現(xiàn)了NC、PLC、驅(qū)動多路控制抱閘的功能，全方面保證了垂直軸的安全。