西门子6ES7235-0KD22-0XA8现货库存
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1 引言
数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比，是衡量一个国家工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到的普遍重视，并得到了迅速的发展。其中主轴运动是数控车床的一个重要内容，其动力约占整台车床的动力的70%～80%，对于提高加工效率，扩大加工材料范围，提升加工质量都有着很重要的作用。基本控制是主轴的正、反转和停止，可自动换档和无级调速。采用变频器和plc对主轴进行有效的控制是当前数控车床技术改造过程中的重要环节。本文主要介绍plc和变频器应用于数控车床主轴驱动控制的应用情况。
2 工艺要求
数控车床一般加工回转表面、螺纹等。要求其动作一般是x、z向快进、工进、快退。加工过程中能进行自动、手动、车外圆与车螺纹等转换；并且能进行单步操作。
图1 数控车床工件加工图
数控车床应用恒线速功能加工，加工工序如图1所示，步骤如下：
(1) 按起动按钮，切削①号部位，电机正转，转速2400r/min，主轴正转。
(2) 切削②，电机正转，转速1500r/min，主轴正转。
(3) 工序③钻孔，电机正转，转速2700r/min，主轴正转。
(4) 工序④攻丝，电机正转，转速600r/min，主轴正转。
(5) 工序⑤退出丝锥，电机反转，转速1200r/min，主轴反转。
(6) 按停止按钮，电机停，主轴停转。
3 控制要求
(1)用plc和变频器控制交流电机工作，有交流电机带动数控车床主轴运转，交流电机工作转速变化情况如图2所示，应能连续运转。
图2 数控车床主轴实现程序控制速度图
(2)主轴电机也可单独选用任一级速度恒速旋转。
(3)主轴电机也可进行正、反点动控制，利于检修或调整，电机转速选用600r/min。
(4)变频器频率设置估算公式f=np/60。f为变频器设置频率，n为电机转速，p为极对数(设p=1)。
4 plc选型和i/o分配
根据输入和输出信号的数量、类型以及控制要求，同时考虑到维护、改造和经济等诸多因素，选用fx2n-64mr型plc和fr-a540变频器。plc的i/o地址分配和电路接线如图3所示。
图3 车床主轴控制plc接线图
5 变频器选用和参数设定
在该系统中，选用三菱系列变频器，变频器采用外部端子控制，电机转速的高低通过变频器来设置参数。电机的正反向运行有外围通过变频器的str、stf与plc程序实现控制。
(1)基本参数：pr.7=2(加速度) ，pr.8=2(减速度)； pr.9=设定电动机的额定电流；
(2)操作模式：pr.79=3；
(3)设定各段速度参数；pr.4=40hz (1段)、pr.5=35hz(2段)、pr.6=45hz (3段)、pr.24=10hz(4段)、pr.25=20hz(5段)。
6 plc控制梯形图的设计
根据工艺要求和控制要求，设计出plc梯形图如图4所示。
图4 主轴控制的plc梯形图
7 结束语
对于数控车床的主轴电机，使用了plc和变频器控制，具有以下显著优点：可以实现软起动和无级调速，方便的进行加减速控制，是电动机获得高性能，大幅度地节约电能，大幅度降低维护费用；可实现高效率的切割和较高的加工精度；实现低速和高速情况下强劲的力矩输出。
3.3 触摸屏组态
触摸屏选用hitech pws6600-s屏。为了提高系统的时效性能，plc与其交换数据的地址尽量选择一组连续的plc地址。
4plc编程设计
4.1 接口硬件
如图1所示，plc是整个控制系统的中枢，由于浆纱机无现场模拟量输入输出故选用一台主机即可。本案选ec20-3232bra。其主要任务为控制两台变频器的动作并通过rs485通讯端口与变频器交换数据(考虑到通讯的延迟及准确性，开关量不采用通讯方式。数据交换采用周期读取模式并控制在1秒内)。
开关量包括主变频器运行停止动作(按钮控制)；主变频器升降速动作(按钮控制)；张力变频运行停止动作(保持型按钮控制)；张力变频张力使能(为检修特设)；张力变频卷径复位(按钮控制)；确定打印输出。
通讯数据根据光电开关计算的车速(现速度)；计算总长；计算匹长；计算匹数；读取张力变频器张力值；读取张力变频器计算的卷径值；改变张力变频器张力设定；改变张力变频器初始卷径；长度、匹数清零；确定系统所处的状态。
4.2 编程设计
大雅浆纱车车头装有一个测量行车长度的光电开关。经检测其输出脉冲为10公分一个脉冲。对于测量匹长完全满足工艺要求，但用于测量车速其刷新速度必然很慢。因此增加一个外部中断检测两个脉冲的间隔时间，换算出行车速度。
变频器td3300通讯，读取张力、卷径数值，如图3所示。
5 张力变频器调试
5.1 参数设置
为保证参数的准确性，将艾默生td3300-4t0220g工程型矢量变频器参数初始化，恢复出厂设置。控制方式选择 f0.02=1(闭环矢量控制)检查编码器是否正常。fb.00=600；按运行键，查看运行是否正常。如果变频器只在2hz左右工作或启动过流，显示电流很大。则可能是编码器接线错误、每转脉冲错误、编码器的方向反等原因；如果是低速运行正常，高速过流则可能是编码器的联轴器松动高速打滑的原因。设定机械传动比：
f1.00=1(一定要准确)。电机调谐：按照电机设定电机参数。电机调谐时必须断开电机与负载的连接。调谐过程是自动完成的，如果调谐时电机长时间不能转动起来，说明电机参数严重不符或电机有故障。重新输入电机参数或更换电机。电机方向确认：一般定义为fwd控制时电机的运行方向为实际需要的方向。惯量调谐：将电机与负载(减速系统)断开(空载)调谐。
首先用默认参数调谐。完毕后将加减速时间1设为20秒，惯量自学习转矩设定1设定为10%，惯量自学习转矩2设定为20%，再进行调谐。完毕后，参数自动保存在fc.09——fc.12中。记录fc.09——fc.12的参数值，然后将fc.09——fc.12参数清零，待初调系统稳定后再输入。
5.2 张力控制试车
不挂纱测试整车按钮动作是否正常，并排除故障。通过触摸屏输入初始卷径、设定张力；查看触摸屏显示数值是否与变频器显示的数据一致。上纱。设定张力值为1000；启动主变频低速运行；上轴；手动将纱线绕轴一周并绷紧纱线；启动张力变频。查看张力是否合适。停车。修改设定张力。重复3至5步。直到满足工艺要求(注意：修改张力一定要停车)。
5.3 输入参数fc.11材料惯量补偿系数
fc.11用来补偿系统加减速过程中克服材料转动惯量所需的额外转矩，设定参数应为材料密度与卷轴长度的乘积，材料密度的单位为千克/米，卷轴长度单位为米。实际操作时输入计算值的1/3，并根据系统运行情况调整。本系统输入fc.11=200.
注意：此参数输入后有可能导致卷轴反转，手动调整此参数可避免反转。
5.4 调试中出现的问题
(1)惯量调谐电机不转：惯量自学习转矩设定1与惯量自学习转矩设定2数值偏小，适当加大即可。
(2)系统低速时抖动：浆纱机开车过程中在操作工整理纱线、换轴时不准停车，而是运行在一个特定的爬行速度。此速度主变频运行在2hz以下。此时张力变频器工作在开环张力转矩模式不满足张力变频器工作条件。由于速度很低纱线行走长度有限，经用户确认不影响整体工艺要求。
(3)换轴时加张力绷断纱线：此故障为操作工操作不当引起。换轴没有按规定按下卷径复位按钮。
6 结束语
浆纱是棉纺织厂整理车间的重要工序。合理的浆纱张力对织布、印染等后续工序影响巨大。随着企业的发展及市场的变化，石家庄常山纺织集团第五分公司根据自身的工艺要求，提出了对旧式的大雅浆纱机改造的要求，项目实施取得预期效果。
1 引言
增量式剪切控制，对本系统来说主要是按要求对特定的铜片进行定长或增量式剪切。剪切后的铜片压制成铜排做成软连接器产品，用于电控柜等电器设备的电流引入，满足客户对产品规格的不同要求。根据设置的增量不同，软连接器可以弯曲不同的角度，相比于相同长度的铜片做成的连接器，节省空间、美观，散热效果好。对小企业或加工中心来说，面对的是大量零散的、需求量小的、品种规格多的用户，它所需要的是价格相对便宜，又能保证剪切质量和剪切精度，操作简单、方便、灵活的剪切生产线，为此我们开发了铜片剪切自动控制系统。该系统现已投入实际生产运行，运行稳定可靠。
2 系统设计
2.1 工艺解构
剪切系统的工艺示意如图1所示，此图主要是该剪切生产线的机械部分。主要有开卷机、活套光电开关检测、夹送辊、剪切机、拉料机等五部分组成。开卷机主要由变频器电机控制，可以完成对原材料的开卷和收卷动作；位于缓冲坑中的光电开关的作用：根据铜片的下垂程度，决定开卷机的运行速度，保证正常送料；夹送机构由交流伺服电机驱动旋转，完成板料的定长和增量式传送；剪切机有高压气体控制，左右冲交替进行，由左右两边的接近开关控制。
图1 增量式剪切系统工艺示意图
2.2 电控系统设计
系统参数设定和显示通过触摸屏完成。整个系统的控制部分主要有plc、伺服驱动器来完成，系统控制如图2所示。
图2 系统控制示意图
根据系统运行和控制要求，选用富士的micrex-sx spb系列plc，其使用简单，功能强大，优性能价格比，能满足各种各样自动化控制需要，且具有尺寸小不受安装场所限制，大容量内存，高速指令功能；并提供了方便、简洁、开放的通信功能；可直接连接pod；使micrex-sx spb系列plc可以很好的满足控制要求。人机界面选用富士ug221系列触摸屏，黑白，5.7寸。进行参数的设定、显示。伺服系统采用武汉迈信的伺服驱动器和华大电机。变频器选用富士的frenic multi系列变频器。
3 增量式剪切控制
3.1控制原理
板材定尺和增量式剪切部分是整套设备的关键，剪切是在材料停顿时刻进行的，也就是说，切刀刀口分离时，控制系统启动，送料长度由plc、伺服驱动器联合进行控制。触发开始后，系统直接以预设的加减速率、高速度、目标长度以及所设增量为基本参数，计算出运转速度曲线，直接驱动伺服电机送料，若设定单位脉冲的移动量和编码器每转一圈的脉冲数，当夹送辊的直径一定时，夹送辊每转一定的角度或圈数，板料的移动长度也就确定了。当plc“指示”伺服驱动器所发出的脉冲数达到所设定的脉冲数(即长度)时，plc发出信号，交流伺服电机停止转动，同时，剪切系统的电磁铁通电，气缸执行剪切动作。剪切机构的每一次剪切使接近开关获得一个脉冲，此脉冲作为计算剪切数量。依次循环，自动地将卷材切割成一定数量的定尺或增量式长度的板材。
3.2参数设置
(1) 主轴转速(自动运转时，下同)的确定:确定主轴的转速要兼顾两个方面：一是生产能力；二是转动惯性。转速不是越快越好，太快，转动惯性大，达不到jingque停止的要求，剪切长度精度不高；慢了，达不到生产率的要求；在此系统中有一个合理的速度范围供用户选择。
(2)脉冲当量的确定:在本例中，之所以能进行高精度定尺和增量剪切，实际上就是jingque的控制夹送辊每个脉冲转动的角度(脉冲当量)。当夹送辊直径一定时，它转过一定的角度，就对应转过一定的弧长，即为板料移动的长度。从理论上说，脉冲当量越小，剪切长度精度越高，但对控制系统的要求也越高，不经济。一般情况下，脉冲当量比加工精度高一个数量级即可；本系统剪切长度一般在2cm～200cm之间，要求精度为cm。伺服电机主轴转四圈(50mm/圈)，夹送辊转一圈(200mm/圈)，所设脉冲当量为mm/脉冲，等够满足精度要求。
4 系统软件设计
系统软件的设计包括触摸屏的软件设计和plc的运行控制软件设计两部分。
4.1 人机界面的软件设计
本系统人机界面所有画面均用ug00s-cwv3软件进行设计，有四幅画面组成：开机画面、手动画面、自动画面和信息显示画面。经ug00s-cwv3编译无误后，从个人电脑中下载到人机界面，如果与plc的通信能正常进行，并且plc侧相应的程序也正确无误，则即可使用。人机界面通过rs422通信电缆直接与与plc编程器端口连接，实行命令设定型通信。根据来自人机界面的请求命令，可以实施plc内部存储器的读写操作。plc完成处理后，回送答复给外部设备。plc侧不用特意编写通信程序。这里只给出手动，数据输入和自动画面。
(1) 手动画面：手动画面主要完成板料安装时或剪切完后对主要机械部分的控制调整。
开卷和收卷按钮，按下后做做开卷和收卷动作，松开后停转；进料和退料按钮，按下后伺服进料和退料，松开伺服停转；左冲按钮：按一下冲头左冲，如果冲头不动，说明冲头在左边；右冲按钮：按一下冲头右冲，如果冲头不动，说明冲头在右边；拉料开按钮：按一下切片送料运行；拉料关按钮：按一下切片送料停止；返回按钮：返回开机画面，如图3所示。
图3 手动画面
(2)数据输入和自动画面：之前，我们所需要的首片长、片长增量、总片数和伺服电机速度。另外，现片数是在自动运行过程中，如果有残片存在时，用来补片用的，如图4所示。
图4 数据输入画面
4.2 plc软件设计
plc的程序和人机界面的画面设计相互配合来完成系统的功能。用plc：完成手动控制和自动定长或增量式剪切；
plc程序结构图分别如图5、图6、图7所示。
图5 主程序结构图
图6 手动画面结构图
图7 自动画面流程图
5 结束语
适当改变脉冲当量、夹送辊直径，剪切精度可提高一个数量级；此系统实际运行效果良好剪切长度、精度、剪切速度完全达到设计要求和用户要求。
