基于PROFIBUS-DP 通信的西门子840D sl系统实现模拟量的恒线速控制

姜亚坤 王雷勇

(①金桥煤矿 山东 济宁272200;②青岛高校重工机械制造有限公司，山东 青岛266106)

在配置西门子840D sl 系统的数控机床上，当要使用第三方的驱动器来做主轴控制时，可用变频器来驱动主轴，以节约成本。然而840D sl 上没有模拟量接口，无法输出变频器所需要的10 V 模拟电压，使用NCU 上的DP 接口通过PROFIBUS-DP 控制变频器是一种经济实用的方案。在PLC 用户程序中，通过获取当前的主轴速度给定值，结合当前的主轴倍率，经过一定的换算后送到变频器里。本文主要阐述了在840D sl 系统中用PROFIBUS-DP 通信实现恒线速控制的方法和步骤。

1 主轴PROFIBUS-DP 控制硬件连接图

主轴PROFIBUS - DP 控制硬件由数控系统NCU720.3、操作面板PCU50、标准面板MCP、ET200S、三相异步电动机、主轴变频器、手轮等组成(如图1 所示)。操作面板PCU50 和MCP 通过以太网接口X120与数控系统NCU 相连，手轮与ET200S 模块通过PROFIBUS - DP 接口与NCU 相连，变频器MM440 通过PROFIBUS-DP 接口与NCU 相连。

2 PROFIBUS-DP 主轴恒线速参数配置

在NC 配置里，PROFIBUS -DP 主轴的配置和正常的主轴配置一样，因为没有实际的NC 驱动，所以必须把主轴设为虚轴(MD30130 =0，MD30240 =0)。为了在PLC 里还能正常访问主轴的接口信号，主轴应设为虚拟轴(MD30132 =1)。如果主轴编码器信号接入变频器编码器的编码器接口板内，编码器数MD30200=0，如果主轴编码器信号接入NCU 接口内，编码器数MD30200 =1，还要设置编码器线数(MD31020)、编码器安装在机床上(MD31040)。

其他相关参数设置如下:

MD35000 = 1 $ MA_SPIND_ASSIGN_TO_MACHAX 分配主轴到机床轴

MD30300 =1 $MA_IS_ROT_AX［AX3］旋转轴/主轴

MD30310 =1 $ MA_ROT_IS_MODULO［AX3］旋转轴/主轴的模数变化

MD30320 = 1 $ MA_DISPLAY_IS_ MODULO［AX3］旋转轴和主轴的360°显示

MD30350 =1 $ MA_SIMU_AX_VDI_OUTPUT［AX3］模拟轴的轴信号输出

3 PROFIBUS - DP 主轴恒线速的PLC 程序控制

3.1 概述

在PLC 里有两种方法获取主轴转速，一种方法是通过接口信号DB21. DBD100 读取S 值，然后和MCP上面的主轴倍率相乘得到实际的S 值。另外一种方法是通过FB2 读取系统的主轴速度给定。这两种方法都要结合M3(主轴正转)、M4(主轴反转)、M5(主轴停止)，实现主轴的启停。

第1 种方法实现起来简单，编程简单，但有些特殊功能实现不了，比如主轴定向，主轴恒线速。第2 种方法能解决这些特殊功能，缺点是编程复杂。这里我们采用第2 种方法。

3.2 变量选择

借助西门子工具盒里的NC VARIABLE SELECTOR 选择要读写的NC 系统变量。生成的背景数据块，为了实现主轴速度控制需要选择下面几个相关的NC 变量。

Cmdspeed:主轴速度给定值

Speedovr:主轴倍率值

Speedlimit:主轴速度限定值(G96 编程时的速度最小值)

在PLC 程序里通过FB2 读取NC 里主轴这3 个值，这3 个变量在NC 选择器里放在Data area N/data module SSP 里(如图2 所示)。

3.3 实时转速读取

主轴速度需要实时读取，但是根据FB2 的启动条件REQ 的要求，该信号必须有跳变才能启动下次读取，因此，要随时读取数据，必须建立脉冲串。建立脉冲串的方法很多，但计时器的方法不好，因为FB2 的执行可能要几个PLC 周期才能完成。

这里采用OB35 循环中断(100 ms)里的一个信号M80.0 作为FB2 的REQ 的启动条件(如图3 所示)。

FB2 是PLC 基本程序提供的程序块，用于从NCK读取变量。利用FB2 读取NC 变量的操作步骤:

(1)利用NC 变量选择器选择需要读取的NC 变量，得到所生成的数据块的源文件，该源文件包含系统变量信息。

(2)编译源文件得到用户数据块，可以下载到PLC 中。

(3)在用户PLC 项目程序中编写程序调用FB2。

(4)在OB100 中，把FB1 的参数“NCKomm”修改为1。

(5)保存项目并下载到PLC 中。

利用FB2 实时主轴转速读取程序(如图4 所示)。

4 恒线速指令入注意事项

4.1 恒线速指令

G96 SXX LIMSXX 指定SXX 为恒线速，主轴的最大速度为LIMSXX

G97 SXX 取消恒线速，指定主轴转速SXX

4.2 恒线速控制注意事项

恒线速一定要注意以下几点:

(1)要注意在使用该功能前一般应限制最高转速，如果刀具要行进到离工件回转中心很近，那么在恒线速度指令前必须限制最高转速，否则会出现“飞车”。

(2)要注意恒线速一般不能用在快进(G00)程序段内。

(3)最好算出G96 起始点的主轴转速。

5 结语

PROFIBUS-DP 主轴恒线速的控制，在节约成本的同时，还能很好地完成恒线速的功能。这种方式成本低，稳定可靠，适应性强，尤其应用在大功率的数控系统中可以推广使用。

［1］廖常初.S7 -300/400 PLC 应用技术［M］.2 版.北京:机械工业出版社，2008.

［2］西门子电气传动有限公司.MICROMASTER 440 使用说明书［Z］.版本10/06，2008.

［3］西门子(中国)有限公司. SINUMERIK 840D/810D 编程指南［Z］. 2002.

［4］中国第一汽车集团公司工会，西门子840D 数控系统应用与维修实例详解［M］.北京:机械工业出版社，2013.