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        鏜 銑床進(jìn)給軸速度給定系統(tǒng)研究

        2014-12-02 01:36:16山西百一機(jī)械設(shè)備制造有限公司太原030003張晉宏
        金屬加工(冷加工) 2014年21期
        關(guān)鍵詞:電位器驅(qū)動(dòng)器觸點(diǎn)

        山西 百一機(jī)械設(shè)備制造有限公司(太原 030003)張晉宏

        1.問(wèn)題的提出

        許多鏜銑床進(jìn)給軸,進(jìn)刀量可以通過(guò)電控系統(tǒng)進(jìn)行寬廣的調(diào)節(jié)。這要求驅(qū)動(dòng)該進(jìn)給軸的電動(dòng)機(jī)的調(diào)速比非常寬廣,一般都在400∶1以上,很多場(chǎng)合要求1000∶1以上甚至更高。這就對(duì)速度給定系統(tǒng)提出了苛刻的要求。通常伺服驅(qū)動(dòng)器的模擬速度給定形式為0~10 V直流電壓或4~20 mA直流電流。采用電壓給定形式時(shí),低速時(shí)速度給定電壓為毫伏級(jí)。如何精確給出一個(gè)速度給定信號(hào),實(shí)際上是一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題。

        舉一個(gè)工程實(shí)際例子來(lái)具體說(shuō)明:某落地鏜銑床,某進(jìn)給軸的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速要求為1666r/min,電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)的進(jìn)刀量為1.5 mm/r,驅(qū)動(dòng)器的速度給定范圍為DC 0~10 V。工藝要求的速度擋位、進(jìn)給量、電動(dòng)機(jī)速度、伺服系統(tǒng)的速度給定電壓要求如附表左半部分所示。

        如圖1所示,將一個(gè)帶刻度指示盤的多圈電位器接在驅(qū)動(dòng)器的速度給定通道上,是無(wú)法實(shí)現(xiàn)工藝要求的。

        2.解決方案

        (1)采用模擬有級(jí)電位器:如圖2所示接線,將32擋的有級(jí)電位器每個(gè)電阻的一端各引出一根導(dǎo)線,分別焊到電位器的32個(gè)靜觸點(diǎn)上,動(dòng)觸點(diǎn)端接驅(qū)動(dòng)器的速度給定端子。當(dāng)電位器手柄旋轉(zhuǎn)時(shí),帶動(dòng)動(dòng)觸點(diǎn)在各個(gè)靜觸點(diǎn)上滑動(dòng),給出相應(yīng)的速度給定電壓。

        工藝參數(shù)表

        手柄停留在第N擋上,相應(yīng)的速度給定電壓為

        這32個(gè)電阻的阻值符合下列關(guān)系

        (2)采用PLC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊:如圖3所示,采用一個(gè)32位的數(shù)字波段開(kāi)關(guān),將32級(jí)速度信號(hào)編碼為5位二進(jìn)制代碼,然后傳送給PLC I/O模塊。PLC內(nèi)部程序?qū)λ俣染幋a進(jìn)行譯碼,將對(duì)應(yīng)的速度值寫(xiě)入D/A轉(zhuǎn)換模塊。D/A模塊轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的模擬電壓,再經(jīng)雙絞屏蔽線送給驅(qū)動(dòng)器速度給定端子。

        實(shí)際應(yīng)用中,例如PLC主機(jī)選用OMRONCQ M1H,D/A模塊選用OMRON CQM1-DA021,其轉(zhuǎn)換精度為11位,分辨率為1/2048,最小分辨電壓為4.88mV。

        PLC程序根據(jù)編碼開(kāi)關(guān)傳來(lái)的5位二進(jìn)制碼,將一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)寫(xiě)入CQM1-DA021的地址。CQM1-DA021輸入十六進(jìn)制數(shù)與輸出模擬電壓之間的關(guān)系曲線如圖4所示。數(shù)字波段開(kāi)關(guān)的5位二進(jìn)制碼與CQM1-DA021的十六進(jìn)制數(shù)寫(xiě)入值以及與相應(yīng)的速度擋位之間的關(guān)系如附表中間部分所示。

        圖1 將多圈電位器接在驅(qū)動(dòng)器速度給定通道上

        圖2 模擬有級(jí)電位器解決方案

        圖3 PLC D/A轉(zhuǎn)換模塊解決方案

        圖4 CQM1-DA021 D/A轉(zhuǎn)換模塊輸入、輸出關(guān)系曲線

        (3)采用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線:這是最精確的解決寬調(diào)速系統(tǒng)的速度給定問(wèn)題的方法:仍然采用數(shù)字波段開(kāi)關(guān)將速度指令傳入PLC,將PLC和驅(qū)動(dòng)器用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線連接起來(lái),如圖5所示。PLC程序?qū)λ俣戎噶钸M(jìn)行譯碼后,將相應(yīng)的速度給定值通過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線直接傳送給驅(qū)動(dòng)器。由于整個(gè)過(guò)程都是數(shù)字式的,這就從根本上消除了干擾。

        實(shí)際應(yīng)用中,比如PLC選用西門子S7-3152DP,伺服驅(qū)動(dòng)器選用西門子SIMODRIVE 611U,將S7-3152DP和SIMODRIVE 611U用FROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)。在FROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)中,若速度給定由單字(NSOLL_A)給出,分辨率為1/16384;若速度給定由雙字(NSOLL_B)給出,分辨率可以達(dá)到1/1073741824,是沒(méi)有誤差的。SIMODRIVE 611U的參數(shù)P880用來(lái)定義速度標(biāo)準(zhǔn)值,即速度給定字最大值時(shí)的轉(zhuǎn)速。本例中,P880=1666。

        PLC調(diào)用子程序SFC15(“DPWR_DAT”),根據(jù)數(shù)字波段開(kāi)關(guān)傳來(lái)的速度代碼,譯碼后相應(yīng)地將一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)通過(guò)FROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)寫(xiě)入FROFIBUS-DP從站SIMODRIVE 611U的速度給定字NSOLL_A或NSOLL_B中。速度給定字與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系曲線如圖6所示。

        圖5 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線解決方案

        圖6 FROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)速度給定輸入、輸出關(guān)系曲線

        若速度給定由單字(NSOLL_A)給出,則數(shù)字波段開(kāi)關(guān)的5位二進(jìn)制碼與速度給定字的十六進(jìn)制數(shù)寫(xiě)入值以及相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系如附表右半部分所示。

        3.結(jié)語(yǔ)

        解決鏜銑床進(jìn)給軸寬調(diào)速比驅(qū)動(dòng)器的速度給定問(wèn)題,采用直接連接模擬電位器的方法是不能滿足要求的。模擬有級(jí)電位器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,原理簡(jiǎn)單,結(jié)實(shí)耐用,由于電阻本身存在誤差,速度給定的誤差程度取決于電阻的精度。采用PLC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的方法,由于PLC D/A轉(zhuǎn)換模塊有最小分辨率的限制,在實(shí)現(xiàn)低速要求的速度給定電壓時(shí),存在一些誤差。采用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的方法可以從本質(zhì)上消除信號(hào)的誤差和干擾。在上述實(shí)際應(yīng)用中,若速度給定由單字(NSOLL_A)給出,分辨率為1/16384。若速度給定由雙字(NSOLL_B)給出,分辨率可以達(dá)到1/1073741824,是沒(méi)有誤差的。實(shí)際應(yīng)用時(shí),應(yīng)根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)的精度要求選用適合的速度給定形式。

        [1]ORMRON公司.ORMRON CQM1H系列、CQM1H內(nèi)插板操作手冊(cè).1999.

        [2]ORMRON公司.ORMRON CQM1H系列、CQM1H內(nèi)插板編程手冊(cè).1999.

        [3]ORMRON 公司.ORMRON SYSMAC CQM1系列專用I/O單元操作手冊(cè).1998.

        [4]西門子公司.SIMODRIVE 611 universal SIMODRIVE 611 universal E Control Components for Closed-Loop Spssd Control and Positioning Description of Functions.

        [5]羅紅福,胡斌等.FROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線工程應(yīng)用實(shí)例解析[M].北京:中國(guó)電力出版社.2008.

        [6]陳先鋒.伺服控制技術(shù)自學(xué)手冊(cè)[M].北京:人民郵電出版社.2010.

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