杜宏祺 劉井義 韓仲芳

（齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司，黑龍江齊齊哈爾 161005）

西門子802D SL系統(tǒng)緊急回退功能的實(shí)現(xiàn)

杜宏祺 劉井義 韓仲芳

（齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司，黑龍江齊齊哈爾 161005）

利用西門子802D SL系統(tǒng)的中斷控制來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床軸回退的功能，保證機(jī)床安全可靠運(yùn)行。

中斷控制 緊急回退 電容模塊 直流母線

現(xiàn)代切削加工中，不少用戶要求數(shù)控機(jī)床具有緊急回退功能，以保護(hù)被加工的工件和刀具以及機(jī)床不被損壞。而西門子802D SL系統(tǒng)沒(méi)有這個(gè)功能，只有選840D這樣的高檔系統(tǒng)才具有此功能。840D系統(tǒng)是通過(guò)檢測(cè)611D直流母線電壓，當(dāng)母線電壓低于正常（設(shè)定）值時(shí)，驅(qū)動(dòng)器會(huì)自動(dòng)觸發(fā)設(shè)定軸的自動(dòng)回退功能，回退量由回退時(shí)間和回退速度來(lái)決定，為了保證回退需要的能量，必須增加電容模塊來(lái)存儲(chǔ)電能，電容模塊的大小是根據(jù)回退軸所需的能量計(jì)算得來(lái)。但如果選用840D系統(tǒng)，則機(jī)床的成本會(huì)很高。雖然西門子S120驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不具備緊急回退功能，但我們可以通過(guò)西門子802D SL系統(tǒng)的中斷控制來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床軸的回退功能。

1 控制原理

數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)中檢測(cè)到斷電故障，立即觸發(fā)PLC發(fā)出中斷指令，數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)停止正在執(zhí)行的加工程序，而去執(zhí)行相應(yīng)的中斷程序，只要把要回退的軸用回退指令編寫在中斷程序中，就可實(shí)現(xiàn)斷電回退的功能。用戶通過(guò)這種方法使機(jī)床緊急回退動(dòng)作變得更靈活。

2 硬件要求

（1）UPS電源 需要選擇UPS穩(wěn)壓電源用來(lái)保證機(jī)床突然斷電后，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和PLC以及NC系統(tǒng)能正常工作，需要提供24 V電源。

（2）電容模塊 電容模塊用來(lái)存儲(chǔ)電能，為機(jī)床回退軸提供所需的能量。根據(jù)機(jī)床回退軸的數(shù)量、各回退軸的回退距離和要求的回退速度計(jì)算出機(jī)床所需的電容模塊的規(guī)格及數(shù)量。電容模塊存貯的能量只有大于軸回退時(shí)所需要的能量，才能保證機(jī)床加工工件和刀具不被損壞。

3 電容模塊的選擇方法

（1）電容模塊存貯能量的計(jì)算

反饋制動(dòng)時(shí)計(jì)算用公式：

電源故障時(shí)計(jì)算用公式：

（2）軸回退所需能量計(jì)算用公式

旋轉(zhuǎn)軸計(jì)算用公式：

直線軸計(jì)算用公式：

制動(dòng)過(guò)程中：ηG=ηMηINV

加速過(guò)程中：ηG=1/（ηMηINV）

式中：VDClinkmax為最大直流母線電壓;VDClinkn為直流母線額定電壓;VDClinkmin為最小直流母線電壓;P為機(jī)床回退軸總功率;tv為回退時(shí)間;Mmot為最大扭矩;Fmot為回退受到的最大應(yīng)力;nmotmax為最高轉(zhuǎn)速，r/min;nmotmin為最低轉(zhuǎn)速，r/min;Vmotmax為最高速度，m/s;Vmtomin最低速度，m/s;ηG為總效率;ηM為電動(dòng)機(jī)效率;ηINV為反相效率。

4 控制原理

當(dāng)直流母線過(guò)壓或欠壓時(shí)Vdc控制將被激活。在母線中，一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器可被用于釋放DC link。這種功能可防止因?yàn)橹绷髂妇€電壓而出現(xiàn)故障并保證驅(qū)動(dòng)器始終正常運(yùn)行。通過(guò)設(shè)定參數(shù)p1240可激活該功能，并且在發(fā)生過(guò)壓或欠壓時(shí)該功能將起作用。當(dāng)直流母線電壓波動(dòng)達(dá)一定程度時(shí)，受其影響，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩限制將在Vdc控制器上激活。此時(shí)的電動(dòng)機(jī)可能不再維持在給定速度上或者其加速/制動(dòng)時(shí)間將延長(zhǎng)。

當(dāng)電源故障時(shí)，電源模塊將無(wú)法提供直流母線電壓，特別是在直流母線向功率模塊發(fā)出功率時(shí)。為了在電源故障時(shí)維持直流母線電壓，Vdc_min控制器將在一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器中激活。如果低于在p1248中設(shè)定的電壓閾值，這些驅(qū)動(dòng)器將減速以便其動(dòng)能可被用于維持直流母線電壓。該閾值應(yīng)比功率模塊的關(guān)閉閾值稍高。功率模塊重新復(fù)位后，Vdc控制器將自動(dòng)停止工作并且驅(qū)動(dòng)器將再次回到給定速度。如果電源無(wú)法恢復(fù)供應(yīng)，直流母線電壓將在驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)態(tài)能量耗盡后崩潰。因此選擇的電容模塊和UPS穩(wěn)壓電源容量必須滿足回退軸需要，即檢測(cè)到直流母線電壓低于一個(gè)設(shè)定值后，電容模塊通過(guò)UPS穩(wěn)壓電源提供供電，為直流母線供給能量，保證機(jī)床軸回退。

由圖1可知，當(dāng)直流母線電壓低于P1248設(shè)定的電壓閾值后，驅(qū)動(dòng)會(huì)制動(dòng)（電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降），只有在直流母線電壓恢復(fù)正常以后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速才會(huì)回到原來(lái)的設(shè)定值。

5 激活中斷功能

在激活軸回退功能前，必須先激活異步子程序功能。需要設(shè)置下列系統(tǒng)參數(shù)：

在選定單段執(zhí)行的情況下ASUP也連續(xù)執(zhí)行

MD11602 設(shè)置ASUP啟動(dòng)執(zhí)行的條件

MD11604 定義大于該優(yōu)先級(jí)的中斷程序

上述參數(shù)定義之后，還需要在 PLC程序中對(duì)ASUP進(jìn)行初始化定義：

中斷初始化程序如下：

利用802D SL系統(tǒng)的中斷控制實(shí)現(xiàn)了機(jī)床軸緊急回退的要求，避免了機(jī)床在加工過(guò)程中發(fā)生緊急事故（如機(jī)床突然斷電）導(dǎo)致刀具、工件以及機(jī)床的損壞，保證機(jī)床的安全使用，從而提高了機(jī)床的安全可靠性。

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To Achieve the Emergency Retraction Function for Siemens 802D SL System

DU Hongqi，LIU Jingyi，HAN Zhongfang
（Qiqihar Heavy CNC Equipment Co.，Ltd.，Qiqihar 161005，CHN）

Use the interrupt control of Siemens 802D SL system to achieve the emergency retraction function for machine tool axis to ensure safe and reliable operation of machine tools.

Interrupt Control;Emergency Retraction;Capacitor Module;DC Bus

杜宏祺，男，高級(jí)工程師，從事數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)計(jì)與調(diào)試工作。

（編輯 孫德茂）（

2009―08―03）

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