基于HNC808T的數控車床控制系統*

羅　敏　馬　彬　吳岳敏

(湖北汽車工業學院，湖北 十堰 442002)

?

基于HNC808T的數控車床控制系統*

羅敏馬彬吳岳敏

(湖北汽車工業學院，湖北 十堰 442002)

針對ETC3650數控車床的控制要求，提出基于華中數控HNC808T的控制方案。利用NCUC總線實現數控系統與HSV-160U交流伺服驅動、PLC模塊的連接。匹配廣數伺服電動機，采用BISS協議絕對位置檢測完成了2個基本伺服軸的半閉環控制。通過PLC軸控模塊10 V模擬接口，采用無傳感器矢量控制方式控制WJ200日立變頻器，驅動主軸。機床輸入輸出全部使用遠程I/O。經實際運行考驗，證明機床的數控改造取得了成功。

數控車床；伺服驅動；變頻器

1　機床基本情況

為了能進行車床類國產數控系統的性能測試和比對等工作，將ETC3650數控車床改造為雙系統切換控制。雙系統由華中數控HNC808T型系統和廣數GSK988T型系統組成，見圖1。華中系統和廣數系統使用的伺服總線不同，但都可以配置10 V模擬量主軸輸出接口，因此切換方案為：切換時，X和Z軸伺服電動機、主軸電動機與主軸變頻器等部件切換到不同的數控系統、伺服驅動、I/O模塊進行控制。本文將專門介紹華中數控HNC808T型系統對ETC3650數控車床的控制方案。

2　基于華中數控HNC808T的ETC3650數控車床硬件控制方案

硬件方案采用華中數控HNC808T數控裝置，匹配華中HSV-160U交流伺服搭建半閉環控制系統，配置框圖見圖2。X、Z兩個坐標軸配10 N·m廣數伺服電動機，最高轉速2 500 r/min，丹娜赫多圈17位絕對編碼器。兩臺進給伺服電動機均經過彈性聯軸器與滾珠絲杠相連，絲杠螺距均為10 mm。X軸伺服電動機有抱閘，型號130SJT-MZ100D(AI4)；Z軸伺服電動機不帶抱閘，型號130SJT-M100D(AI4)；兩臺伺服電動機均匹配HSV-160U-030伺服驅動器。伺服軸設備與邏輯軸之間的映射關系如圖3所示。機床側輸入輸出信號全部使用遠程I/O，數字量輸入2塊，輸出1塊，即32點輸入/16點輸出。在PLC中增加1個軸控模塊HIO-1041，使用其10 V模擬口控制日立WJ200變頻器，驅動額定功率15 kW主軸電動機，實現主軸速度控制。主軸編碼器反饋信號也連接到此軸控模塊。

HNC808T數控系統使用NCUC總線連接模擬主軸、機床面板MCP、伺服驅動、PLC模塊等設備，該總線為環型結構，如圖4所示。

(1)#4總線設備參數設定

PRM504000=SP：設備名稱。

PRM504002=1001：設備類型為模擬量主軸。

PRM504010=3：工作模式為速度模式。

PRM504011=5：邏輯軸號。

PRM504015=4096：主軸反饋位置循環脈沖數。

PRM504016=8：主軸編碼器反饋設備號。

PRM504017=9：主軸DA輸出設備號。

(2)#5總線設備參數設定

PRM505000=MCP_NET：設備名稱。

PRM505002=2008：設備類型為總線控制面板。

PRM505012=480：輸入點起始組號，即機床面板輸入地址起始字節為X480。

PRM505013=30：輸入點組數，即機床面板輸入信號占30個字節。

PRM505014=480：輸出點起始組號，即機床面板輸出地址起始字節為Y480。

PRM505015=30：輸出點組數，即機床面板輸出信號占30個字節。

(3)#6、#7總線設備參數設定見表1。

表1#6、#7總線設備參數設定

#6設備參數號設定值#7設備參數號設定值說 明506000AX507000AX設備名稱50600220025070022002設備類型:伺服軸50600305070031同組設備序號50601025070102工作模式:位置絕對50601105070112邏輯軸號506015131072507015131072反饋位置循環脈沖數50601635070163編碼器類型:絕對,無Z脈沖

(4)#8、#9總線設備參數設定見表2。

3　進給伺服驅動的連接與設定

HNC808T數控系統伺服接口為NCUC總線接口，XS2為入口，XS3為出口。伺服驅動器與伺服電動機的連接參見圖5，該圖給出X軸驅動器的連接，Z軸與之類似。驅動器動力電源采用三相200 V交流電源，從L1、L2、L3端子接入。驅動器XS1是編碼器反饋接口。

伺服硬件連接完成后，需要對伺服驅動和數控系統的相關參數進行匹配設定。

表2#8、#9總線設備參數設定

#8設備參數號設定值#9設備參數號設定值說 明508000IO_NET509000IO_NET設備名稱50800220075090022007設備類型:伺服軸50800305090031同組設備序號508012105070100輸入點起始組號5080131050701110輸入點組數508014105070150輸出點起始組號5080151050701610輸出點組數

華中數控HNC808T參數主要是電子齒輪比的設定。其計算公式如下：

式中：ZM為絲杠端齒輪齒數；ZD為伺服電動機端齒輪齒數。

機床采用ISB系統編程，其中X軸為直徑編程，導程為10 mm，Z軸為半徑編程，導程為10 mm，電動機與X、Z軸絲杠直接連接(ZM：ZD=1：1)，采用17位絕對式編碼器(編碼器線數：217=131072)，計算X、Z軸對應的齒輪比。

CNC側主要伺服軸參數設定如表3所示。X軸的齒輪比按計算值取負進行設定，是因為X軸移動方向與設定方向不一致，需要取反。伺服單元側電子齒輪比設為1：1。

表3CNC側伺服軸主要參數設定

X軸參數號設定值Z軸參數號設定值說 明100000X102000Z顯示軸名10000111020011軸類型為直線軸100004-625102004625齒輪比分子100005163841020058192齒輪比分母10001001020100回參考點模式:絕對編碼

伺服單元共88 個伺服參數，其中PA 參數對應系統參數10×200～10×243，伺服單元PB參數對應系統參數10×244～10×287 ，參數編號中的×為邏輯軸號。因此伺服單元參數既可以在伺服單元上設定，也可以在數控系統上完成設定。現以X軸為例說明設定步驟：

①PA34=2003：使用擴展參數。

②PA43=1214：設定驅動單元規格12，電動機類型代碼14。

③由于匹配廣數伺服電動機，需要根據電動機規格設置以下參數：

PA17=2500：電動機最高速度限制，單位：r/min。

PA18=120：過載力矩電流設置，單位：額定電流的百分比。

PA24=4：伺服電動機磁極對數。

PA25=5：伺服電動機編碼器類型：BISS協議絕對編碼器。

PA26=0：伺服電動機編碼器零位偏移量。

PA27=800：電流比例增益設置。

PA28=45：電流積分時間常數設置。

PB42=950：伺服電動機額定電流，單位：0.01 A。

PB43=2000：伺服電動機額定轉速，單位：r/min。

④PA34=1230：保存參數。

4　主軸驅動的連接及設定

軸卡AXIS1提供2個軸控制接口XA和XB，每個接口包含：脈沖指令、D/A 模擬電壓指令、編碼器反饋指令。使用其XA端口，從VCMD1+、VCMD1-端輸出0～10 V電壓，與主軸變頻器的連接如圖6所示。與主軸控制相關的輸入輸出信號連接到輸入模塊INPUT1和輸出模塊OUTPUT1。主軸編碼器連接到AXIS1模塊的XA端口，如圖7所示。

數控系統側主軸參數整定：

PRM10500=S：軸名稱。

PRM105001=10：軸類型為主軸。

PRM105004=360000：齒輪比分子。

PRM105005=4096：齒輪比分母。

PRM105060=361：定位允差(屏蔽報警)。

PRM105061=361：最大跟隨誤差(屏蔽報警)。

PRM105090=0x100：編碼器工作模式，即跟蹤誤差由數控系統計算。

PRM010350(P50)=3200：主軸最高轉速，即指令S3200時，輸出10 V電壓；指令S320時，輸出1 V電壓。

PRM504014=255：主軸零漂(mV)。指令S0M03，實測此時主軸模擬量輸出電壓，將測量值輸入該參數。

主軸變頻器智能輸入輸出端子定義以及主軸變頻器無傳感器矢量控制主要參數整定見參考文獻[5]，此處略。

5　結語

采用華中數控系統HNC808T實現ETC3650數控車床的控制，于2015年1月成功投入運行。現總結如下：

①HNC808T系統伺服控制接口采用NCUC總線方式，系統可以對進給伺服驅動的參數實現遠程整定與控制。

②通過在PLC中擴展軸控模塊，利用其10 V模擬量輸出接口控制控制矢量變頻器，采用無傳感器矢量控制方式控制主軸電動機調速。

③通過在PLC中擴展的軸控模塊編碼器反饋接口實現了主軸速度檢測。

④采用Biss通訊協議，配置丹娜赫多圈17位絕對編碼器，華中數控伺服單元HSV160U匹配廣數伺服電動機，實現數控車床X軸和Z軸的位置控制。

⑤HNC808T系統支持PLC梯形圖編程，調試非常方便。

⑥雙系統實施切換時，需要對X/Z坐標軸伺服電動機動力線、伺服電動機編碼器反饋接口、主軸驅動、機床強電輸入輸出回路進行切換。切換均通過接插件實現。

[1]華中8型數控系統參數說明書[Z].武漢華中數控股份有限公司,2012.

[2]華中8型數控系統用戶說明書[Z].武漢華中數控股份有限公司,2012.

[3]華中8型數控系統PLC編程說明書[Z].武漢華中數控股份有限公司,2013.

[4]日立變頻器WJ200系列使用說明書[Z].HITACHI,2009.

[5]羅敏，馬彬，吳岳敏. 基于GSK988T的數控車床控制系統[J].制造技術與機床,2015(10)：44-47.

[6]GSK SJT系列交流伺服電動機使用說明書[Z].廣州數控設備有限公司，2010.

[7]霍海龍.基于BiSS協議的編碼器及其在伺服驅動系統中的應用[J].電氣自動化，2011(3)：12-14.

[8]周有為,劉和平,劉述喜.異步電機無速度傳感器矢量控制[J].電機與控制應用,2005(9):51-54.

[9]王列虎,皮佑國.基于BISS協議的編碼器接口技術研究及應用[J].機床與液壓,2011(8):103-105,121.

(編輯孫德茂)

如果您想發表對本文的看法，請將文章編號填入讀者意見調查表中的相應位置。

CNC lathe machine controlled by HNC808T NC system

LUO Min, MA Bin, WU Yuemin

(Hubei University of Automotive Technology, Shiyan 442002, CHN)

In order to meet the requirement on ETC3650 lathe machine, the control scheme based on HNC808T NC system is put forward. NCUC bus is applied for the feed servo drive and PLC modules. GSK servo motors with the absolute position encoder are equipped for semi close-loop control. The spindle is driven by WJ200 HITACHI inverter which is controlled by the vector control without sensor through 10 V analog interface of axis control module. The remote I/O is applied for the machine. The practical application shows that the CNC retrofit is successful.

NC lathe; servo drive; inverter

TP23

B

羅敏，男，1967年生，碩士，研究員級高工，教授，主要從事數控技術應用研究。

2015-09-15)

160415

*國家科技支撐計劃課題“面向汽車零部件產業的數控裝備開發及應用示范”資助(2012BAF13B10)