基于PROFIBUS-DP 通信的西門子840D sl系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模擬量的恒線速控制

姜亞坤 王雷勇

(①金橋煤礦 山東 濟(jì)寧272200;②青島高校重工機(jī)械制造有限公司，山東 青島266106)

在配置西門子840D sl 系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床上，當(dāng)要使用第三方的驅(qū)動(dòng)器來(lái)做主軸控制時(shí)，可用變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)主軸，以節(jié)約成本。然而840D sl 上沒有模擬量接口，無(wú)法輸出變頻器所需要的10 V 模擬電壓，使用NCU 上的DP 接口通過(guò)PROFIBUS-DP 控制變頻器是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方案。在PLC 用戶程序中，通過(guò)獲取當(dāng)前的主軸速度給定值，結(jié)合當(dāng)前的主軸倍率，經(jīng)過(guò)一定的換算后送到變頻器里。本文主要闡述了在840D sl 系統(tǒng)中用PROFIBUS-DP 通信實(shí)現(xiàn)恒線速控制的方法和步驟。

1 主軸PROFIBUS-DP 控制硬件連接圖

主軸PROFIBUS - DP 控制硬件由數(shù)控系統(tǒng)NCU720.3、操作面板PCU50、標(biāo)準(zhǔn)面板MCP、ET200S、三相異步電動(dòng)機(jī)、主軸變頻器、手輪等組成(如圖1 所示)。操作面板PCU50 和MCP 通過(guò)以太網(wǎng)接口X120與數(shù)控系統(tǒng)NCU 相連，手輪與ET200S 模塊通過(guò)PROFIBUS - DP 接口與NCU 相連，變頻器MM440 通過(guò)PROFIBUS-DP 接口與NCU 相連。

2 PROFIBUS-DP 主軸恒線速參數(shù)配置

在NC 配置里，PROFIBUS -DP 主軸的配置和正常的主軸配置一樣，因?yàn)闆]有實(shí)際的NC 驅(qū)動(dòng)，所以必須把主軸設(shè)為虛軸(MD30130 =0，MD30240 =0)。為了在PLC 里還能正常訪問(wèn)主軸的接口信號(hào)，主軸應(yīng)設(shè)為虛擬軸(MD30132 =1)。如果主軸編碼器信號(hào)接入變頻器編碼器的編碼器接口板內(nèi)，編碼器數(shù)MD30200=0，如果主軸編碼器信號(hào)接入NCU 接口內(nèi)，編碼器數(shù)MD30200 =1，還要設(shè)置編碼器線數(shù)(MD31020)、編碼器安裝在機(jī)床上(MD31040)。

其他相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下:

MD35000 = 1 $ MA_SPIND_ASSIGN_TO_MACHAX 分配主軸到機(jī)床軸

MD30300 =1 $MA_IS_ROT_AX［AX3］旋轉(zhuǎn)軸/主軸

MD30310 =1 $ MA_ROT_IS_MODULO［AX3］旋轉(zhuǎn)軸/主軸的模數(shù)變化

MD30320 = 1 $ MA_DISPLAY_IS_ MODULO［AX3］旋轉(zhuǎn)軸和主軸的360°顯示

MD30350 =1 $ MA_SIMU_AX_VDI_OUTPUT［AX3］模擬軸的軸信號(hào)輸出

3 PROFIBUS - DP 主軸恒線速的PLC 程序控制

3.1 概述

在PLC 里有兩種方法獲取主軸轉(zhuǎn)速，一種方法是通過(guò)接口信號(hào)DB21. DBD100 讀取S 值，然后和MCP上面的主軸倍率相乘得到實(shí)際的S 值。另外一種方法是通過(guò)FB2 讀取系統(tǒng)的主軸速度給定。這兩種方法都要結(jié)合M3(主軸正轉(zhuǎn))、M4(主軸反轉(zhuǎn))、M5(主軸停止)，實(shí)現(xiàn)主軸的啟停。

第1 種方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單，編程簡(jiǎn)單，但有些特殊功能實(shí)現(xiàn)不了，比如主軸定向，主軸恒線速。第2 種方法能解決這些特殊功能，缺點(diǎn)是編程復(fù)雜。這里我們采用第2 種方法。

3.2 變量選擇

借助西門子工具盒里的NC VARIABLE SELECTOR 選擇要讀寫的NC 系統(tǒng)變量。生成的背景數(shù)據(jù)塊，為了實(shí)現(xiàn)主軸速度控制需要選擇下面幾個(gè)相關(guān)的NC 變量。

Cmdspeed:主軸速度給定值

Speedovr:主軸倍率值

Speedlimit:主軸速度限定值(G96 編程時(shí)的速度最小值)

在PLC 程序里通過(guò)FB2 讀取NC 里主軸這3 個(gè)值，這3 個(gè)變量在NC 選擇器里放在Data area N/data module SSP 里(如圖2 所示)。

3.3 實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速讀取

主軸速度需要實(shí)時(shí)讀取，但是根據(jù)FB2 的啟動(dòng)條件REQ 的要求，該信號(hào)必須有跳變才能啟動(dòng)下次讀取，因此，要隨時(shí)讀取數(shù)據(jù)，必須建立脈沖串。建立脈沖串的方法很多，但計(jì)時(shí)器的方法不好，因?yàn)镕B2 的執(zhí)行可能要幾個(gè)PLC 周期才能完成。

這里采用OB35 循環(huán)中斷(100 ms)里的一個(gè)信號(hào)M80.0 作為FB2 的REQ 的啟動(dòng)條件(如圖3 所示)。

FB2 是PLC 基本程序提供的程序塊，用于從NCK讀取變量。利用FB2 讀取NC 變量的操作步驟:

(1)利用NC 變量選擇器選擇需要讀取的NC 變量，得到所生成的數(shù)據(jù)塊的源文件，該源文件包含系統(tǒng)變量信息。

(2)編譯源文件得到用戶數(shù)據(jù)塊，可以下載到PLC 中。

(3)在用戶PLC 項(xiàng)目程序中編寫程序調(diào)用FB2。

(4)在OB100 中，把FB1 的參數(shù)“NCKomm”修改為1。

(5)保存項(xiàng)目并下載到PLC 中。

利用FB2 實(shí)時(shí)主軸轉(zhuǎn)速讀取程序(如圖4 所示)。

4 恒線速指令入注意事項(xiàng)

4.1 恒線速指令

G96 SXX LIMSXX 指定SXX 為恒線速，主軸的最大速度為L(zhǎng)IMSXX

G97 SXX 取消恒線速，指定主軸轉(zhuǎn)速SXX

4.2 恒線速控制注意事項(xiàng)

恒線速一定要注意以下幾點(diǎn):

(1)要注意在使用該功能前一般應(yīng)限制最高轉(zhuǎn)速，如果刀具要行進(jìn)到離工件回轉(zhuǎn)中心很近，那么在恒線速度指令前必須限制最高轉(zhuǎn)速，否則會(huì)出現(xiàn)“飛車”。

(2)要注意恒線速一般不能用在快進(jìn)(G00)程序段內(nèi)。

(3)最好算出G96 起始點(diǎn)的主軸轉(zhuǎn)速。

5 結(jié)語(yǔ)

PROFIBUS-DP 主軸恒線速的控制，在節(jié)約成本的同時(shí)，還能很好地完成恒線速的功能。這種方式成本低，穩(wěn)定可靠，適應(yīng)性強(qiáng)，尤其應(yīng)用在大功率的數(shù)控系統(tǒng)中可以推廣使用。

［1］廖常初.S7 -300/400 PLC 應(yīng)用技術(shù)［M］.2 版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［2］西門子電氣傳動(dòng)有限公司.MICROMASTER 440 使用說(shuō)明書［Z］.版本10/06，2008.

［3］西門子(中國(guó))有限公司. SINUMERIK 840D/810D 編程指南［Z］. 2002.

［4］中國(guó)第一汽車集團(tuán)公司工會(huì)，西門子840D 數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用與維修實(shí)例詳解［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2013.