基于GSK980TDb系統改造的經濟型車銑復合機床動力刀座實現系統調速控制

趙 巍

(沈陽機床沈一車床廠技術部，遼寧沈陽110142)

廣州數控生產的GSK 980TDb車床數控系統為經濟型數控系統，可進行X、Y、Z三軸控制，性價比很高。其Y軸可由系統參數定義為C軸，通過GSK 980TDb內嵌PLC可對機床主軸的工作方式進行切換(S軸或C軸);適配GSK DAP03主軸伺服驅動單元及ZJY系列主軸伺服電動機實現主軸轉速控制及位置控制(主軸連續精確分度)。但此型號數控系統只有一路0～+10 V的模擬電壓輸出，不能同時對主軸及動力刀座進行控制。

1 解決方案

只要能解決動力刀座的轉速控制問題，才能實現使用GSK980TDb系統的車床改造成車銑復合機床。高性能的車削中心中的動力刀座是由數控系統發指令給伺服放大器對伺服電動機進行轉速控制的，為了降低生產成本，在改造過程中，選用變頻器加三相異步電動機對動力刀座進行轉速控制，如果能獲得第二路0～+10 V的模擬電壓輸出就可以解決動力刀座的轉速控制問題。

隨著數字技術，特別是計算機技術的飛速發展與普及，在現代控制、通信及檢測領域中，對信號的處理廣泛采用了數字計算機技術。由于系統的實際處理對象往往都是一些模擬量(如溫度、壓力、位移、圖像等)，要使計算機或數字儀表能識別和處理這些信號，必須首先將這些模擬信號轉換成數字信號;而經計算機分析、處理后輸出的數字量往往也需要將其轉換成為相應的模擬信號才能為執行機構所接收。這樣，就需要一種能在模擬信號與數字信號之間起橋梁作用的電路——模數轉換電路和數模轉換電路。

能將模擬信號轉換成數字信號的電路，稱為模數轉換器(簡稱A/D轉換器);而將能把數字信號轉換成模擬信號的電路稱為數模轉換器(簡稱D/A轉換器)。A/D轉換器和D/A轉換器已經成為計算機系統中不可缺少的接口電路。

通過D/A轉換器不難獲得0～+10 V的模擬電壓。D/A轉換器輸入的數字量是由二進制編碼按數位組合起來表示的，數控系統只要將指令轉速轉換成二進制編碼并輸出給D/A轉換器，就可以獲得0～+10 V的模擬電壓。要實現以上控制，必須考慮以下3個問題:

1.1 如何指令動力刀座速度?

在GSK 980TDb數控系統中，指令速度的指令字“S”已用于指令主軸速度，其他的指令字均不能用于指定速度。GSK 980TDb提供了類似于高級語言的用戶宏編碼，用戶宏編碼可以實現變量賦值、算術運算、邏輯判斷及條件轉移等控制;變量用符號“#”+變量號來指定，如100號宏變量:#100;可直接用“=”號來給變量賦值，如用100號宏變量來指定動力刀座的轉速為500r/min:#100=500，直觀方便。

1.2 如何將指令轉速轉換為二進制數據編碼?

根據D/A轉換器的工作原理“D/A轉換器由電阻陣列和n個電壓開關構成，按二進制數字輸入值切換開關，產生比例于輸入數值的電壓，按數字輸入值切換開關，產生比例于輸入的電流(或電壓)。數字量是用代碼按數位組合起來表示的，對于有權碼，每位代碼都有一定的權。為了將數字量轉換成模擬量，必須將每1位的代碼按其權的大小轉換成相應的模擬量，然后將這些模擬量相加，即可得到與數字量成正比的總模擬量，從而實現了數字—模擬轉換。這就是構成D/A轉換器的基本思路”可知，只要我們將動力刀座要求的調速范圍(0至最高轉速)平均分為255段(選用8位D/A轉換器時)，算出每段的轉速值，再用指令轉速除以每段轉速值，然后四舍五入取整，就可以將指令轉速轉換成D/A轉換器所需的二進制數值。

圖1所示是D/A轉換器的輸入、輸出關系框圖，D0～Dn－1是輸入的n位二進制數，vo是與輸入二進制數成比例的輸出電壓。

圖2所示是一個輸入為3位二進制數時D/A轉換器的轉換特性，它具體而形象地反映了D/A轉換器的基本功能。

1.3 如何將此二進制數據編碼輸出至D/A轉換器?

在GSK980TDb數控系統中，1132號宏變量數據對應數控系統F54、F55兩字節的信號狀態，且F54、F55兩字節的信號可被PLC讀取，這樣，我們把宏程序的運算結果送到1132號宏變量中，再由PLC讀取1132號宏變量中的數據，處理后通過數控系統的I/O接口輸出八位二進制數據編碼至D/A轉換器，就可以獲得控制變頻器調速所需的0～+10 V的模擬電壓。

2 宏程序與PLC

假設要求轉速為500 r/min，最高轉速2 000 r/min。宏程序:

PLC如梯形圖如圖3。

3 結語

該方案可以使之前使用GSK980TDb系列的數控臥車改造成車銑復合機床，用此方案解決了該款系統數控系統對動力刀座實現了“無級調速”，不僅提高了零件加工企業的生產效率，同時也讓使用該款系統的數控臥車在想使用動力刀座時無需重新更換系統，從而降低了加工企業的成本。