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

姜亞坤 王雷勇

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

在配置西門子840D sl 系統(tǒng)的數控機床上，當要使用第三方的驅動器來做主軸控制時，可用變頻器來驅動主軸，以節(jié)約成本。然而840D sl 上沒有模擬量接口，無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PROFIBUS-DP 控制變頻器是一種經濟實用的方案。在PLC 用戶程序中，通過獲取當前的主軸速度給定值，結合當前的主軸倍率，經過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 通信實現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 控制硬件由數控系統(tǒng)NCU720.3、操作面板PCU50、標準面板MCP、ET200S、三相異步電動機、主軸變頻器、手輪等組成(如圖1 所示)。操作面板PCU50 和MCP 通過以太網接口X120與數控系統(tǒng)NCU 相連，手輪與ET200S 模塊通過PROFIBUS - DP 接口與NCU 相連，變頻器MM440 通過PROFIBUS-DP 接口與NCU 相連。

2 PROFIBUS-DP 主軸恒線速參數配置

在NC 配置里，PROFIBUS -DP 主軸的配置和正常的主軸配置一樣，因為沒有實際的NC 驅動，所以必須把主軸設為虛軸(MD30130 =0，MD30240 =0)。為了在PLC 里還能正常訪問主軸的接口信號，主軸應設為虛擬軸(MD30132 =1)。如果主軸編碼器信號接入變頻器編碼器的編碼器接口板內，編碼器數MD30200=0，如果主軸編碼器信號接入NCU 接口內，編碼器數MD30200 =1，還要設置編碼器線數(MD31020)、編碼器安裝在機床上(MD31040)。

其他相關參數設置如下:

MD35000 = 1 $ MA_SPIND_ASSIGN_TO_MACHAX 分配主軸到機床軸

MD30300 =1 $MA_IS_ROT_AX［AX3］旋轉軸/主軸

MD30310 =1 $ MA_ROT_IS_MODULO［AX3］旋轉軸/主軸的模數變化

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

MD30350 =1 $ MA_SIMU_AX_VDI_OUTPUT［AX3］模擬軸的軸信號輸出

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速，一種方法是通過接口信號DB21. DBD100 讀取S 值，然后和MCP上面的主軸倍率相乘得到實際的S 值。另外一種方法是通過FB2 讀取系統(tǒng)的主軸速度給定。這兩種方法都要結合M3(主軸正轉)、M4(主軸反轉)、M5(主軸停止)，實現主軸的啟停。

第1 種方法實現起來簡單，編程簡單，但有些特殊功能實現不了，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，缺點是編程復雜。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。生成的背景數據塊，為了實現主軸速度控制需要選擇下面幾個相關的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 編程時的速度最小值)

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

3.3 實時轉速讀取

主軸速度需要實時讀取，但是根據FB2 的啟動條件REQ 的要求，該信號必須有跳變才能啟動下次讀取，因此，要隨時讀取數據，必須建立脈沖串。建立脈沖串的方法很多，但計時器的方法不好，因為FB2 的執(zhí)行可能要幾個PLC 周期才能完成。

這里采用OB35 循環(huán)中斷(100 ms)里的一個信號M80.0 作為FB2 的REQ 的啟動條件(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，得到所生成的數據塊的源文件，該源文件包含系統(tǒng)變量信息。

(2)編譯源文件得到用戶數據塊，可以下載到PLC 中。

(3)在用戶PLC 項目程序中編寫程序調用FB2。

(4)在OB100 中，把FB1 的參數“NCKomm”修改為1。

(5)保存項目并下載到PLC 中。

利用FB2 實時主軸轉速讀取程序(如圖4 所示)。

4 恒線速指令入注意事項

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LIMSXX

G97 SXX 取消恒線速，指定主軸轉速SXX

4.2 恒線速控制注意事項

恒線速一定要注意以下幾點:

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

(2)要注意恒線速一般不能用在快進(G00)程序段內。

(3)最好算出G96 起始點的主軸轉速。

5 結語

PROFIBUS-DP 主軸恒線速的控制，在節(jié)約成本的同時，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，適應性強，尤其應用在大功率的數控系統(tǒng)中可以推廣使用。

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

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

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

［4］中國第一汽車集團公司工會，西門子840D 數控系統(tǒng)應用與維修實例詳解［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2013.