江漢大學(xué) 物理與信息工程學(xué)院 徐天奇 《伺服與運(yùn)動控制》第5期　供稿 

　　1.特殊工作機(jī)械的工作要求

　　某客戶生產(chǎn)的PVC彩帶點(diǎn)印機(jī)其控制系統(tǒng)采用三菱E60數(shù)控系統(tǒng)，其中彩帶放卷部分采用變頻器+三相電機(jī)，定長控制和點(diǎn)印采用2伺服軸控制。該機(jī)械的動作要求是：

　?。?）以“放卷速度”為基準(zhǔn)速度，“定長控制軸”和“點(diǎn)印軸”做插補(bǔ)運(yùn)行。要求“定長控制軸運(yùn)行速度“與“放卷速度”相同。

　?。?）以下運(yùn)行參數(shù)可以在顯示屏上任意設(shè)置：

　?。╝.）放卷速度；在操作面板上還可以可以隨時調(diào)節(jié)放卷速度；

　?。╞）定長長度；（根據(jù)產(chǎn)品型號可修改定長長度）

　　（c）點(diǎn)印頭個數(shù)；（根據(jù)產(chǎn)品型號可修改裝在點(diǎn)印軸上的點(diǎn)印頭個數(shù)）

　　2.控制系統(tǒng)的解決方案

　　針對客戶工作機(jī)械的要求，經(jīng)過綜合分析E60數(shù)控系統(tǒng)的功能決定采用以下解決方案：

　?。?）將“放卷變頻器”作為數(shù)控系統(tǒng)的模擬主軸。E60數(shù)控系統(tǒng)自帶一“模擬輸出”接口,可以控制變頻主軸。這樣可以在加工程序中直接發(fā)出主軸運(yùn)行S指令設(shè)定變頻主軸的轉(zhuǎn)速。E60系統(tǒng)在手動方式下也可以發(fā)出S指令。

　?。?）在程序中發(fā)出S指令后，還可以通過操作面板上的旋鈕調(diào)節(jié)主軸速度，調(diào)節(jié)的精度可以通過PLC程序預(yù)先設(shè)定。

　?。?）主軸S指令通過變量進(jìn)行設(shè)置。插補(bǔ)軸的運(yùn)行速度也通過變量計(jì)算。通過變量計(jì)算使主軸運(yùn)行速度與定長控制軸的速度相等。這可以滿足工作機(jī)械的主要要求。

　?。?）定長長度，點(diǎn)印頭個數(shù)也設(shè)置為變量。滿足客戶可以隨時修改這些數(shù)值的要求。

　?。?）將所有這些變量計(jì)算編制為宏程序。在主程序運(yùn)行時調(diào)用宏程序以滿足運(yùn)行要求。

　　3.對模擬主軸速度的計(jì)算：

　?。?）主軸S指令

　　在機(jī)械結(jié)構(gòu)中，放卷壓輪的驅(qū)動鏈為“變頻器---普通三相電機(jī)---減速箱---放卷壓輪“其中變頻器可作為“模擬主軸”，其轉(zhuǎn)速可在加工程序中由S指令發(fā)出如下：

　　N10S1000M3

　　在以上程序段中，S1000就是主軸轉(zhuǎn)速指令，在加工程序中發(fā)出該指令后，系統(tǒng)經(jīng)過計(jì)算，（特別是需要計(jì)算主軸倍率調(diào)節(jié)等因素）發(fā)出模擬量信號電壓給變頻器。變頻器根據(jù)模擬量信號調(diào)節(jié)頻率驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行。

（2）與主軸運(yùn)行相關(guān)的參數(shù)

　　與主軸運(yùn)行相關(guān)的參數(shù)如下：

　　#1039-----是否有主軸

　　#1024----模擬主軸連接

　　#1001-----主軸最大轉(zhuǎn)速

　　參數(shù)#1001與模擬量信號有重要關(guān)系。其意義是“在模擬信號=10V時的轉(zhuǎn)速”。因此，必須將該參數(shù)設(shè)置成為主軸電機(jī)在50HZ時的額定轉(zhuǎn)速。如果主軸電機(jī)在50HZ時的額定轉(zhuǎn)速=1480R/M,則設(shè)置#1001=1480；

　　這樣，在寫S指令時，寫入S1000,就可以獲得變頻驅(qū)動主軸電機(jī)=1000R/M。

　?。?）主軸倍率的影響。

　　NC系統(tǒng)還提供了主軸速度調(diào)節(jié)功能。即在設(shè)定了S指令后還可以通過外部旋紐調(diào)節(jié)主軸速度。這需要在PLC程序中處理。主軸倍率寄存器=R148。通過宏程序接口R74將主軸倍率設(shè)為#1033，則主軸最終實(shí)際速度（#2000）

　　#2000=S指令速度*主軸倍率

　　#2000=#100*#1033—————（1）

　?。ㄗ兞慷x及設(shè)置見5.1表1）



　　圖1.主軸倍率的變量處理

　　圖1.是將主軸倍率的數(shù)據(jù)通過宏程序接口轉(zhuǎn)變?yōu)楹瓿绦蜃兞?1033的PLC程序。這是在進(jìn)行宏程序計(jì)算時必須的變量。

　?。?）放卷電機(jī)壓輪實(shí)際線速度

　　#105=k*#2000--------------（2）

　　#105---放卷壓輪實(shí)際線速度

　　#2000=實(shí)際主軸轉(zhuǎn)速指令

　　K=(3.14*#102)/#101

　　#101=主軸減速比

　　#102=放卷壓輪直徑

　　K=(3.14*放卷壓輪直徑)/減速比

　　(當(dāng)機(jī)械系統(tǒng)確定后，K是個定值)

　　在進(jìn)行主軸壓輪線速度計(jì)算之前：必須設(shè)定

　　#101=主軸減速比

　　#102=放卷壓輪直徑

4.插補(bǔ)軸的合成速度和分量速度

　　4.1牽引電機(jī)的線速度計(jì)算

　　主軸線速度是整條生產(chǎn)線的基準(zhǔn)速度，牽引電機(jī)軸的速度必須與主軸線速度相等。這是設(shè)定插補(bǔ)軸線速度的原則：



　　圖2插補(bǔ)運(yùn)行各軸速度計(jì)算

　　在如下程序中

　　N10S#100M3G91G01XA.YBF#115

　　F----指定的是插補(bǔ)運(yùn)行的合成速度。合成速度在X和Y軸上的分解速度,如下式所示：



　　A----X軸移動距離

　　B---Y軸移動距離

　　F---聯(lián)動速度

　　Fx----X軸速度

　　插補(bǔ)運(yùn)行的合成速度如下式：


　　而Fx必須與主軸壓輪線速度相等

　　Fx=K*#2000，則





　　(4)-----是用變量表示的合成速度計(jì)算公式

　　5變量設(shè)置及宏程序編制

　　5.1變量的設(shè)置

　　在宏程序運(yùn)行前必須設(shè)置下列變量：

帶*號的 初始變量必須設(shè)置，不能為零。否則會引起計(jì)算錯誤。

5.2    經(jīng)過對主軸壓輪線速度和插補(bǔ)軸相關(guān)變量的計(jì)算和設(shè)置，可以編制變量計(jì)算用宏程序如下：

變量計(jì)算宏程序：P9100

（#100----主軸轉(zhuǎn)速S指令（設(shè)定）

#101-----主軸減速比（設(shè)定）  

#102------主軸壓輪直徑（設(shè)定）

#2000----主軸實(shí)際速度（R/M）（ PLC 傳送 NC）

#105------主軸放卷輪線速度（計(jì)算）

#107-----齒距:   X軸單節(jié)距離 (設(shè)定)

#109----點(diǎn)印頭數(shù)    （設(shè)定）

#111-----點(diǎn)印軸滾輪直徑  （設(shè)定）

#110-----點(diǎn)印軸Y軸移動距離 

#1000-----插補(bǔ)軸聯(lián)動速度）

N5   #2000=#100* #1033/100-------主軸實(shí)際速度（R/M）

N10  #105= (3.14*#102) / #101 * #2000------主軸放卷壓輪線速度

N20   #110=(3.14*#111) / #109------------計(jì)算點(diǎn)印軸滾輪移動距離

N30 

—計(jì)算聯(lián)動速度

N100  S#100  M3

N200  G91 G01  X#107.  Y#110   F#115

      運(yùn)行效果：

      通過使用變量和編制宏程序，使機(jī)床的柔性化加工功能大大增強(qiáng)。即使加工產(chǎn)品品種經(jīng)常變化，由操作工人通過對變量進(jìn)行簡單設(shè)置就可滿足要求。經(jīng)過一年多的試用，效果良好。受到使用方的贊許。