歐瑞SD-20主伺服驅(qū)動器在FANUC數(shù)控車床上的應(yīng)用與探索

王鵬云 邢邦旭

摘要：伺服驅(qū)動器是現(xiàn)代運動控制的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機器人及數(shù)控加工中心等自動化設(shè)備中。尤其是應(yīng)用于在車床的主軸結(jié)構(gòu)中的伺服驅(qū)動器已經(jīng)成為國內(nèi)外研究熱點。當(dāng)前交流伺服驅(qū)動器對于整個伺服控制系統(tǒng)，特別是速度控制性能的發(fā)揮，減少增速時間，提高機床剛性可以起到關(guān)鍵作用。

關(guān)鍵詞：主伺服;PLC接口信號;梯形圖

1? 伺服系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

數(shù)控車床的主軸應(yīng)用是：第一是由三相進線過交流斷路器，在進接觸器供給實現(xiàn)給驅(qū)動器供電。第二是驅(qū)動器在降速時采用能能耗制動，故需連接外部電阻。第三是驅(qū)動器的控制環(huán)節(jié)：使能，報警，速度到達，模擬量等信號需由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出傳遞給驅(qū)動器。第四是驅(qū)動器提供三相輸出連接主伺服電機，并提供編碼器接口連接伺服電機。在實際使用過程中為降低成本，并提高生產(chǎn)效率故而省去接觸器開斷，上電即驅(qū)動器得電。（此結(jié)構(gòu)在實際生產(chǎn)中已經(jīng)應(yīng)用很多臺，并且驅(qū)動器可以正常使用并無不好影響）

1.1 硬件介紹

首先本例應(yīng)用于CAK36系列中，機床主電機功率為5.5KW，所以斷路器根據(jù)歐瑞提供需求至少需要18A以上規(guī)格，故本設(shè)計選取性價比稍高的正泰DZ47-60D//3P25A;驅(qū)動器為SD-20/M4型，對應(yīng)電阻選擇參照圖3，選擇40歐姆/1000W;電機風(fēng)扇為1.0kW，輸入電壓為兩相220V，故風(fēng)扇斷路器選擇DZ47-60D//2P5A。

1.2 控制環(huán)節(jié)介紹

在控制環(huán)節(jié)方面，由于FANUC系統(tǒng)自身的主伺服控制方式為現(xiàn)場總線形式，其總線并不對其他伺服驅(qū)動器開放，所以在調(diào)速方面只能選擇模擬量調(diào)速形式，所以選擇FANUC的JA40端口輸出0-10V模擬量調(diào)速傳遞給伺服CN3的DB端子23和24腳（“23”腳為固定端子：模擬量輸入信號，“24”腳同樣也為固定端子：模擬量輸入信號參考端點），配合選擇Y2.0和Y2.1作為真反轉(zhuǎn)輸出（輸出控制KA5，KA6開閉點將內(nèi)生24V傳遞給驅(qū)動器正反轉(zhuǎn)控制點），并且需要報警點和速度到達點，故而取輸入X9.2和X9.3（同時更改Po423與Po425為D13和D16，這里“1”表示為輸出高電平，“3”表示為速度到達信號選擇，“6”表示為伺服報警信號選擇）。歐瑞伺服在啟動和停止時需要增加伺服使能信號，其與國外知名變頻器相比，此信號點需要增加一點，但是在控制方面并無高速輸入要求，僅需24V/0.1A即可，所以直接將使能BY4接于分線器傳遞給FANUC的I/O輸出點Y3.7上（詳見圖1）。

1.3 端子定義

由于歐瑞伺服SD-20系列是多功能伺服驅(qū)動器，面向工作環(huán)境很開放，所以控制環(huán)節(jié)其端子定義即為自由式，需要自主選擇，本例中需要選擇的信號為：伺服使能輸入（定義BY4，端子DI1/Po407）;模擬量速度正轉(zhuǎn)（定義BY4，端子DI6/Po412）;模擬量速度反轉(zhuǎn)（定義RR，端子DI7/Po413）;速度到達（定義SAR，端子DO3/Po423）;伺服報警輸出（FLT，端子ALM/Po425）。

2? 數(shù)控系統(tǒng)控制輸出

本例是在CAK36系列機床基礎(chǔ)上替換原來變頻器，故而在控制環(huán)節(jié)依然延續(xù)使用其邏輯控制（CAK36系列機床主軸方面為單軸無極變速控制），所以梯圖的編程是在原有基礎(chǔ)上增減補益，其原控制梯圖邏輯如圖2（此圖僅僅為單主軸控制環(huán)節(jié)，故而刪除其原來已有的嵌入內(nèi)部的換擋梯圖，僅保留與本例相關(guān)部分）。

注：在本例中M03：程序設(shè)定的主軸正轉(zhuǎn)，M04：程序設(shè)定的主軸反轉(zhuǎn)，SCCW：手動反轉(zhuǎn)，SCW：手動正轉(zhuǎn)，RST：復(fù)位，G*ESP：急停，SCW-1主軸正轉(zhuǎn)輸出，SCCW-2主軸反轉(zhuǎn)輸出。在速度到達信號處理上采用延時傳遞給G29.4信號（此信號是在進給切屑是使用，即為速度到達程序設(shè)定好信號后系統(tǒng)才發(fā)出G01，G02等切屑指令），在報警上采用的是報警提示并急停處理，參考如圖3。

由于歐瑞SD-20驅(qū)動器在主軸啟動之前和停止之后都需要提供主軸使能信號，所以在梯圖輸出上需要做處理，而為了不影響原有機床的邏輯關(guān)系又能合理輸出，故而取主軸正反信號先輸出在使能輸出的原則編寫;參考如圖4;以上邏輯關(guān)系在實際使用當(dāng)中出現(xiàn)上電開機主軸自動旋轉(zhuǎn)的情況，其實際原因為拉斷R203.7線圈的點位之前附加一個延時導(dǎo)通繼電器的，此繼電器是為延時停車使用，但是此時確造成了安全隱患，所以為保證安全故在使能Y3.7輸出之前加入上電拉斷開點，此點取FANUC自帶R0.1（上電后常1），延時導(dǎo)通R9.1，參考如圖4。

3? 伺服驅(qū)動器調(diào)試及其參數(shù)調(diào)整

歐瑞將電機參數(shù)直接固化到軟件中，所以只需進行參數(shù)自學(xué)習(xí)、慣量識別即可。但是在自學(xué)習(xí)之前一些硬性參數(shù)必須先設(shè)定好：①Po001取值D13即為模擬量控制，②Po002取值3000（主電機最高轉(zhuǎn)速），因為CAK36系列主軸與電機傳動比為1：1.5，其主軸最大限速為2000，故3000×2/3=2000，③Po010取值5即為驅(qū)動器使用電機編碼器接受轉(zhuǎn)速。參數(shù)自學(xué)習(xí)前先將加減速Po109、Po110改為200，參數(shù)整定完成后再恢復(fù)回原來的：單編碼器Po109=20、Po110=100;雙編碼器Po109=10、Po110=60，完成以上步驟后即可進行自學(xué)習(xí)。

4? 結(jié)束語

主軸伺服系統(tǒng)目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于數(shù)控車機床的傳動結(jié)構(gòu)當(dāng)中，但是原知名數(shù)控系統(tǒng)品牌的主伺服系統(tǒng)往往價格偏貴，為了降低成本還提高機床性能，使用國內(nèi)知名品牌主伺服配合主流數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)成為了潮流目標(biāo)，本文的結(jié)構(gòu)及控制思路還有不足之處：①在主軸定位由于受限于數(shù)控系統(tǒng)的協(xié)議開放程度而不能實現(xiàn)C軸功能，②主軸原點定位原理上其實可以通過記憶電機脈沖并寫進驅(qū)動器內(nèi)部可以實現(xiàn)，但是在實際生產(chǎn)中由于機床沒有安裝同步帶輪和剎車盤結(jié)構(gòu)，會出現(xiàn)定位跑偏現(xiàn)象，故對此并未設(shè)計。

參考文獻：

[1]FANUC 0i-TF連接說明書（功能）.

[2]PA1/SA1/SA3 梯形圖語言編程說明書.

[3]SA1/SB7梯形圖語言補償編程說明書.

[4]SD-20系列使用手冊.