變量讀寫(xiě)功能的數(shù)控機(jī)床位置測(cè)量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換

王侃夫

（上海電機(jī)學(xué)院 機(jī)械學(xué)院，上海 200245）

變量讀寫(xiě)功能的數(shù)控機(jī)床位置測(cè)量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換

王侃夫

（上海電機(jī)學(xué)院 機(jī)械學(xué)院，上海 200245）

西門(mén)子SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)與SIMODRIVE 611D數(shù)字驅(qū)動(dòng)模塊可組成半閉環(huán)或全閉環(huán)伺服系統(tǒng)，利用功能塊FB3可設(shè)定和修改機(jī)床數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)與半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的切換。通過(guò)對(duì)SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)位置控制的分析，給出了運(yùn)用功能塊FB3實(shí)現(xiàn)位置測(cè)量系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的可編程邏輯控制器（PLC）程序。

閉環(huán)；半閉環(huán)；轉(zhuǎn)換

由光柵構(gòu)成的閉環(huán)伺服系統(tǒng)因受伺服參數(shù)、機(jī)械傳動(dòng)剛度、切削狀態(tài)及潤(rùn)滑等因素的影響，很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，影響加工精度［1］。對(duì)SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)而言，常會(huì)伴隨輪廓監(jiān)控報(bào)警及其他軸報(bào)警［2－4］，通常采用改變位置增益、設(shè)置摩擦補(bǔ)償?shù)葯C(jī)床數(shù)據(jù)來(lái)改善［5－6］，或通過(guò)優(yōu)化伺服參數(shù)的方法來(lái)改善伺服性能［7－12］。在實(shí)際加工過(guò)程中，在確保加工精度的前提下，也可將閉環(huán)切換成半閉環(huán)運(yùn)行，以提高伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，當(dāng)閉環(huán)軸產(chǎn)生位置方面的故障時(shí)，可將光柵屏蔽，把閉環(huán)切換成半閉環(huán)運(yùn)行，據(jù)此診斷位置故障是否由光柵引起的［13］；因此，閉環(huán)和半閉環(huán)的切換在保證數(shù)控機(jī)床穩(wěn)定運(yùn)行及軸報(bào)警故障診斷方面有重要的意義。

1 位置控制

SIMODRIVE 611D上的數(shù)字閉環(huán)控制模塊經(jīng)驅(qū)動(dòng)總線接收來(lái)自數(shù)字控制單元（Numerical Control Unit，NCU）的位置指令，進(jìn)行位置、速度和電流控制，并經(jīng)矢量變換及正弦波脈沖寬度調(diào)制，通過(guò)功率模塊中的逆變電路輸出三相電壓作為交流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。雙軸數(shù)字閉環(huán)模塊反饋接口如圖1所示。

圖1 雙軸數(shù)字閉環(huán)模塊反饋接口Fig.1 Feedback interface

位置控制有2種表現(xiàn)形式：① 通過(guò)伺服電機(jī)上的編碼器反饋，經(jīng)接口X411／X412實(shí)現(xiàn)位置和速度控制，構(gòu)成位置半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)進(jìn)給軸接口信號(hào)為DB31～61.DBX1.5，即第1位置測(cè)量；② 由安裝在工作臺(tái)上的光柵尺直接進(jìn)行位置反饋，經(jīng)接口X421／X422實(shí)現(xiàn)位置控制，而編碼器經(jīng)X411實(shí)現(xiàn)速度控制，構(gòu)成位置閉環(huán)伺服系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)進(jìn)給軸接口信號(hào)為DB31～61.DBX1.6，即第2位置測(cè)量，通過(guò)修改相關(guān)機(jī)床數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)和半閉環(huán)的切換［14］。

2 軸配置及機(jī)床數(shù)據(jù)

SINUMERIK 840D位置測(cè)量系統(tǒng)的軸配置如圖2所示。

對(duì)閉環(huán)和半閉環(huán)而言，涉及到的機(jī)床數(shù)據(jù)有MD31000和MD31040。當(dāng)MD31000＝1，定義編碼器為線性，即光柵尺；MD31000＝0，定義編碼器為非線性，即旋轉(zhuǎn)編碼器。當(dāng)MD31040＝1，定義編碼器安裝在機(jī)床側(cè)；MD31040＝0，定義安裝在電機(jī) 側(cè)。對(duì) 應(yīng) 于 圖 2（a），MD31000＝0，MD31040＝0；對(duì)應(yīng)于圖 2（b），MD31000＝1，MD31040＝1。由此，通過(guò)對(duì) MD31000和MD31040機(jī)床數(shù)據(jù)“1”和“0”的設(shè)置，即可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)和半閉環(huán)的切換。

圖2 位置測(cè)量系統(tǒng)配置Fig.2 Configuration of position measuring system

3 FB3功能及PLC程序

3.1 功能塊FB3

SINUMERIK 840D數(shù)控單元NCU與S7－300通過(guò)接口模塊IM361連接。功能塊FB3是SINUMERIK 840D提供用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)模梢詫⒖删幊踢壿嬁刂破鳎≒rogrammable Logic Controller，PLC）中的位、字節(jié)、字及雙字寫(xiě)到NCU內(nèi)存中。機(jī)床數(shù)據(jù)是以變量的形式存放在相應(yīng)的內(nèi)存數(shù)據(jù)塊DB中，故利用FB3可以通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床數(shù)據(jù)的修改。調(diào)用FB3時(shí)，要確定機(jī)床數(shù)據(jù)的變量名，以及調(diào)用FB3的使能條件。表1為FB3的接口參數(shù)［15］。

當(dāng)PLC調(diào)用FB3時(shí)，需要一個(gè)上升沿的請(qǐng)求任務(wù)信號(hào)Req，任務(wù)啟動(dòng)后，PLC數(shù)據(jù)SD1～SD8就會(huì)寫(xiě)到對(duì)應(yīng)的變量Addr1～Addr8中。表1中，參數(shù)值 ［DBName］.［VarName］為對(duì)應(yīng)的MD31000和MD31040機(jī)床數(shù)據(jù)變量，通過(guò)西門(mén)子TOOLBOX工具盤(pán)中的NC變量選擇器（NCVar selector）生成，圖3所示為MD31000生成的數(shù)據(jù)塊源文件。

表1 FB3的接口參數(shù)Tab.1 Interface parameters

圖3 MD31000生成的數(shù)據(jù)塊源文件Fig.3 Block－data source file of MD31000

打開(kāi)STEP7項(xiàng)目，選中S7程序中的源文件，單擊Insert菜單中的External Source選項(xiàng)，再選中由變量選擇器生成的數(shù)據(jù)塊源文件并打開(kāi)，編譯并生成數(shù)據(jù)塊DB120，可在符號(hào)表中為DB120編輯一個(gè)符號(hào)，如mdvar。

3.2 PLC程序

在OB1中調(diào)用FB3，分配背景數(shù)據(jù)塊DB121。程序中，I7.7為切換按鍵，不按時(shí)，指示燈Q5.7不亮，機(jī)床處于閉環(huán)運(yùn)行狀態(tài)；按第1下時(shí)，指示燈Q5.7亮，機(jī)床切換到半閉環(huán)運(yùn)行狀態(tài)；按第2下時(shí)，又恢復(fù)到閉環(huán)運(yùn)行狀態(tài)。具體PLC程序如下：

4 結(jié) 語(yǔ)

SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)PLC基本程序庫(kù)提供了許多程序塊，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的讀寫(xiě)數(shù)控變量等。利用本文涉及的FB3，結(jié)合功能塊FB2，實(shí)時(shí)讀取軸坐標(biāo)值，用于在某一位置處執(zhí)行其他任務(wù)；或用FB2讀出當(dāng)前正在執(zhí)行程序的行號(hào)，并用FB3寫(xiě)到R參數(shù)中，可以在斷電后根據(jù)R參數(shù)中的數(shù)值獲取程序中止時(shí)的斷點(diǎn)等。根據(jù)本文提供的PLC程序，應(yīng)用表明可保證機(jī)床穩(wěn)定運(yùn)行，且實(shí)用性強(qiáng)、操作方便。

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Transform of Location Test Systems Based on Variables Access Function

WANG Kanfu
（School of Mechanical，Shanghai Dianji University，Shanghai 200245，China）

Both closed and semi－closed servo system can be obtained from data control elements of SIMENSE SINUMERIK 840Dand SIMODRIVE 611D.The FB3function elements can assign and revise machine data，and thus realize transform between closed servo systems and semiclosed servo systems.In this paper，by analyzing location control of the SINUMERIK 840Ddata control system，the above transform approach is studied，and a programmable logic controller（PLC）program is presented.

closed system；semi－closed system；transform

TG 659

A

2095－0020（2011）05－0311－03

2011－08－12

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863）項(xiàng)目資助（2007AA041600）；上海市教育委員會(huì)重點(diǎn)學(xué)科資助（J51902）

王侃夫（1963－），男，副教授，專(zhuān)業(yè)方向?yàn)閿?shù)控技術(shù)及機(jī)電一體化，E－mail：wangkf＠sdju.edu.cn