西門子802Dsl系統斷電退刀功能的實現

王建紅

(天水星火機床有限責任公司技術中心，甘肅天水 741024)

在磨削加工行業中，有不少用戶要求經濟型的磨床具有斷電保護退刀功能，以保護工件、砂輪及機床不被損壞，避免由于突然斷電引發不良后果。由于西門子802Dsl系統沒有斷電退刀保護功能，只有選用西門子840D高檔系統才具有斷電退刀保護功能。西門子840D系統是通過檢測驅動611D直流母線上的電壓，當母線電壓低于正常值時，NC報警并激活設定軸的自動回退(ESR)功能，退刀量由電容模塊存儲電能的多少來決定。為了保證退刀需要的能量，電容模塊的大小是根據所要求退刀軸需要的能量計算得來。但是，如果選用西門子840D系統，則機床的成本很高。對于經濟型的磨床來說，選用如此高檔的系統也是一種浪費。雖然西門子802Dsl系統的驅動不具備斷電退刀功能，但我們可以通過西門子802Dsl系統的異步子程序功能來控制實現磨床的斷電退刀功能。

1 控制過程

當機床突然斷電時，數控系統檢測到斷電保護觸發信號(I1.6=0)，PLCASUP1立即啟動，由于中斷程序(PLCASUP1)有優先執行權，PLC發出中斷命令，數控系統就會停止正在執行的加工程序，立即調用異步子程序，而去執行相應的退刀程序。只要把要退刀的軸編寫在異步子程序(NC程序PLCASUP1.SPF后述)中，就可以實現斷電退刀的功能。用戶通過這種方法使機床斷電退刀工作變得更靈活方便。由于西門子802Dsl系統最多只能有2個異步子程序，在實際應用中，我們選用了一個自定義鍵作為緊急退刀按鍵，用第2個異步子程序(PLCASUP2)來實現緊急退刀功能，便于誤操作或緊急情況下使用，安全保護性更強。

2 對系統硬件的要求

(1)UPS電源 由于機床突然斷電后，驅動系統和PLC以及NC系統所需要的DC24V電源也就不能提供了，為了使驅動系統和PLC以及NC能系統正常工作，需要選擇一個UPS穩壓電源來保證機床突然斷電后，提供DC24V電源，使驅動系統和PLC以及NC系統能正常工作。根據驅動系統和PLC以及NC系統所需電流的大小再乘以一個安全系數，我們選用了一個40A的UPS電源，輸入端 DC24V，輸出端 DC24V，訂貨號:6EP1935－6MF01;另外，還選用了一個UPS充電電池模塊，輸入 DC24V，輸出 DC24V，12Ah，為UPS電源充電。訂貨號:6EP1931－2FC21。

(2)電容模塊 用來存儲電能，為機床退刀提供所需的能量。根據機床退刀軸的數量、各退刀軸的距離和要求退刀的速度計算出機床所需的電容模塊的規格和數量。電容模塊存儲的能量只有大于軸退刀時所需要的能量，才能保證機床加工工件和砂輪不被損壞。

3 電容模塊的選擇

(1)電容模塊能量的計算

反饋制動時:

電源故障或突然斷電時:

(2)軸回退所需能量的計算

旋轉軸計算:

直線軸計算:

制動過程中:ηc=ηmηinv

加速過程中:ηc=1/(ηmηinv)

式中:C為電容;VDC－Link－max為最大直流母線電壓;VDC－Link為額定直流母線電壓;VDC－Link－min為最小直流母線電壓;P為機床回退軸總功率;Tv為回退時間;Mmax為最大扭矩;Fmax為回退軸受到的最大應力;nmax為最高轉速，r/min;nmin為最低轉速，r/min;Vmax為最高速度，m/s;Vmin為最低速度，m/s;ηc為總效率;ηm為電動機效率;ηinv為反向效率。公式中各單位為國際標準單位。

根據計算結果，選電容模塊的電容量為4.1 mF。訂貨號:6SL3100－1CE14－0AA0。

4 動作原理

當機床突然斷電時，電源模塊將無法提供正常的直流母線電壓，如果電源無法恢復供應，直流母線電壓將在驅動器的動態能量耗盡后崩潰。因此選擇的電容模塊和UPS穩壓電源的容量必須滿足回退軸的需要，即系統檢測到直流母線電壓低于一個設定值(P1248中設定的值)后，電容模塊通過直流母線給驅動模塊提供能量，由UPS穩壓電源提供DC24V，保證機床軸回退。當機床突然斷電后，直流母線電壓下降，為了使NC正常工作，驅動數據P0864必須設為65536，或利用STARTER軟件調試時將P0864由0改為1即可。注意數據的保存，這點很重要。

5 激活異步子程序功能

在激活軸回退功能之前，必須先激活異步子程序功能。需要設置下列系統參數:

上述參數定義之后，還需要在 PLC程序中對ASUP進行初始化定義。

以上為2個ASUP子程序的PLC處理程序，還需要在NC程序中，按下列格式處理:

利用802Dsl系統的異步子程序功能實現了磨床突然斷電軸回退的要求，避免了磨床在加工過程中發生突然斷電，導致刀具、工件以及磨床的損壞，保證磨床的安全使用，從而提高磨床的安全可靠性。

［1］SINUMERIK 802Dsl簡明調試手冊［Z］.

［2］SINUMERIK 802Dsl功能描述［Z］.

［3］杜宏祺，劉井義，韓仲芳.西門子802Dsl系統緊急回退功能的實現［J］.制造技術與機床，2010(3):160 －162.