王建紅

(天水星火機(jī)床有限責(zé)任公司技術(shù)中心，甘肅天水 741024)

在磨削加工行業(yè)中，有不少用戶要求經(jīng)濟(jì)型的磨床具有斷電保護(hù)退刀功能，以保護(hù)工件、砂輪及機(jī)床不被損壞，避免由于突然斷電引發(fā)不良后果。由于西門(mén)子802Dsl系統(tǒng)沒(méi)有斷電退刀保護(hù)功能，只有選用西門(mén)子840D高檔系統(tǒng)才具有斷電退刀保護(hù)功能。西門(mén)子840D系統(tǒng)是通過(guò)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)611D直流母線上的電壓，當(dāng)母線電壓低于正常值時(shí)，NC報(bào)警并激活設(shè)定軸的自動(dòng)回退(ESR)功能，退刀量由電容模塊存儲(chǔ)電能的多少來(lái)決定。為了保證退刀需要的能量，電容模塊的大小是根據(jù)所要求退刀軸需要的能量計(jì)算得來(lái)。但是，如果選用西門(mén)子840D系統(tǒng)，則機(jī)床的成本很高。對(duì)于經(jīng)濟(jì)型的磨床來(lái)說(shuō)，選用如此高檔的系統(tǒng)也是一種浪費(fèi)。雖然西門(mén)子802Dsl系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)不具備斷電退刀功能，但我們可以通過(guò)西門(mén)子802Dsl系統(tǒng)的異步子程序功能來(lái)控制實(shí)現(xiàn)磨床的斷電退刀功能。

1 控制過(guò)程

當(dāng)機(jī)床突然斷電時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)檢測(cè)到斷電保護(hù)觸發(fā)信號(hào)(I1.6=0)，PLCASUP1立即啟動(dòng)，由于中斷程序(PLCASUP1)有優(yōu)先執(zhí)行權(quán)，PLC發(fā)出中斷命令，數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)停止正在執(zhí)行的加工程序，立即調(diào)用異步子程序，而去執(zhí)行相應(yīng)的退刀程序。只要把要退刀的軸編寫(xiě)在異步子程序(NC程序PLCASUP1.SPF后述)中，就可以實(shí)現(xiàn)斷電退刀的功能。用戶通過(guò)這種方法使機(jī)床斷電退刀工作變得更靈活方便。由于西門(mén)子802Dsl系統(tǒng)最多只能有2個(gè)異步子程序，在實(shí)際應(yīng)用中，我們選用了一個(gè)自定義鍵作為緊急退刀按鍵，用第2個(gè)異步子程序(PLCASUP2)來(lái)實(shí)現(xiàn)緊急退刀功能，便于誤操作或緊急情況下使用，安全保護(hù)性更強(qiáng)。

2 對(duì)系統(tǒng)硬件的要求

(1)UPS電源 由于機(jī)床突然斷電后，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和PLC以及NC系統(tǒng)所需要的DC24V電源也就不能提供了，為了使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和PLC以及NC能系統(tǒng)正常工作，需要選擇一個(gè)UPS穩(wěn)壓電源來(lái)保證機(jī)床突然斷電后，提供DC24V電源，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和PLC以及NC系統(tǒng)能正常工作。根據(jù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和PLC以及NC系統(tǒng)所需電流的大小再乘以一個(gè)安全系數(shù)，我們選用了一個(gè)40A的UPS電源，輸入端 DC24V，輸出端 DC24V，訂貨號(hào):6EP1935－6MF01;另外，還選用了一個(gè)UPS充電電池模塊，輸入 DC24V，輸出 DC24V，12Ah，為UPS電源充電。訂貨號(hào):6EP1931－2FC21。

(2)電容模塊 用來(lái)存儲(chǔ)電能，為機(jī)床退刀提供所需的能量。根據(jù)機(jī)床退刀軸的數(shù)量、各退刀軸的距離和要求退刀的速度計(jì)算出機(jī)床所需的電容模塊的規(guī)格和數(shù)量。電容模塊存儲(chǔ)的能量只有大于軸退刀時(shí)所需要的能量，才能保證機(jī)床加工工件和砂輪不被損壞。

3 電容模塊的選擇

(1)電容模塊能量的計(jì)算

反饋制動(dòng)時(shí):

電源故障或突然斷電時(shí):

(2)軸回退所需能量的計(jì)算

旋轉(zhuǎn)軸計(jì)算:

直線軸計(jì)算:

制動(dòng)過(guò)程中:ηc=ηmηinv

加速過(guò)程中:ηc=1/(ηmηinv)

式中:C為電容;VDC－Link－max為最大直流母線電壓;VDC－Link為額定直流母線電壓;VDC－Link－min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;Mmax為最大扭矩;Fmax為回退軸受到的最大應(yīng)力;nmax為最高轉(zhuǎn)速，r/min;nmin為最低轉(zhuǎn)速，r/min;Vmax為最高速度，m/s;Vmin為最低速度，m/s;ηc為總效率;ηm為電動(dòng)機(jī)效率;ηinv為反向效率。公式中各單位為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選電容模塊的電容量為4.1 mF。訂貨號(hào):6SL3100－1CE14－0AA0。

4 動(dòng)作原理

當(dāng)機(jī)床突然斷電時(shí)，電源模塊將無(wú)法提供正常的直流母線電壓，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)壓電源的容量必須滿足回退軸的需要，即系統(tǒng)檢測(cè)到直流母線電壓低于一個(gè)設(shè)定值(P1248中設(shè)定的值)后，電容模塊通過(guò)直流母線給驅(qū)動(dòng)模塊提供能量，由UPS穩(wěn)壓電源提供DC24V，保證機(jī)床軸回退。當(dāng)機(jī)床突然斷電后，直流母線電壓下降，為了使NC正常工作，驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)P0864必須設(shè)為65536，或利用STARTER軟件調(diào)試時(shí)將P0864由0改為1即可。注意數(shù)據(jù)的保存，這點(diǎn)很重要。

5 激活異步子程序功能

在激活軸回退功能之前，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):

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。

以上為2個(gè)ASUP子程序的PLC處理程序，還需要在NC程序中，按下列格式處理:

利用802Dsl系統(tǒng)的異步子程序功能實(shí)現(xiàn)了磨床突然斷電軸回退的要求，避免了磨床在加工過(guò)程中發(fā)生突然斷電，導(dǎo)致刀具、工件以及磨床的損壞，保證磨床的安全使用，從而提高磨床的安全可靠性。

［1］SINUMERIK 802Dsl簡(jiǎn)明調(diào)試手冊(cè)［Z］.

［2］SINUMERIK 802Dsl功能描述［Z］.

［3］杜宏祺，劉井義，韓仲芳.西門(mén)子802Dsl系統(tǒng)緊急回退功能的實(shí)現(xiàn)［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2010(3):160 －162.