江汉大学 物理与信息工程学院 徐天奇 《伺服与运动控制》第5期　供稿

　　1.特殊工作机械的工作要求

　　某客户生产的PVC彩带点印机其控制系统采用三菱E60数控系统，其中彩带放卷部分采用变频器+三相电机，定长控制和点印采用2伺服轴控制。该机械的动作要求是：

　　（1）以“放卷速度”为基准速度，“定长控制轴”和“点印轴”做插补运行。要求“定长控制轴运行速度“与“放卷速度”相同。

　　（2）以下运行参数可以在显示屏上任意设置：

　　（a.）放卷速度；在操作面板上还可以可以随时调节放卷速度；

　　（b）定长长度；（根据产品型号可修改定长长度）

　　（c）点印头个数；（根据产品型号可修改装在点印轴上的点印头个数）

　　2.控制系统的解决方案

　　针对客户工作机械的要求，经过综合分析E60数控系统的功能决定采用以下解决方案：

　　（1）将“放卷变频器”作为数控系统的模拟主轴。E60数控系统自带一“模拟输出”接口,可以控制变频主轴。这样可以在加工程序中直接发出主轴运行S指令设定变频主轴的转速。E60系统在手动方式下也可以发出S指令。

　　（2）在程序中发出S指令后，还可以通过操作面板上的旋钮调节主轴速度，调节的精度可以通过PLC程序预先设定。

　　（3）主轴S指令通过变量进行设置。插补轴的运行速度也通过变量计算。通过变量计算使主轴运行速度与定长控制轴的速度相等。这可以满足工作机械的主要要求。

　　（4）定长长度，点印头个数也设置为变量。满足客户可以随时修改这些数值的要求。

　　（5）将所有这些变量计算编制为宏程序。在主程序运行时调用宏程序以满足运行要求。

　　3.对模拟主轴速度的计算：

　　（1）主轴S指令

　　在机械结构中，放卷压轮的驱动链为“变频器---普通三相电机---减速箱---放卷压轮“其中变频器可作为“模拟主轴”，其转速可在加工程序中由S指令发出如下：

　　N10S1000M3

　　在以上程序段中，S1000就是主轴转速指令，在加工程序中发出该指令后，系统经过计算，（特别是需要计算主轴倍率调节等因素）发出模拟量信号电压给变频器。变频器根据模拟量信号调节频率驱动电机运行。

（2）与主轴运行相关的参数

　　与主轴运行相关的参数如下：

　　#1039-----是否有主轴

　　#1024----模拟主轴连接

　　#1001-----主轴最大转速

　　参数#1001与模拟量信号有重要关系。其意义是“在模拟信号=10V时的转速”。因此，必须将该参数设置成为主轴电机在50HZ时的额定转速。如果主轴电机在50HZ时的额定转速=1480R/M,则设置#1001=1480；

　　这样，在写S指令时，写入S1000,就可以获得变频驱动主轴电机=1000R/M。

　　（3）主轴倍率的影响。

　　NC系统还提供了主轴速度调节功能。即在设定了S指令后还可以通过外部旋纽调节主轴速度。这需要在PLC程序中处理。主轴倍率寄存器=R148。通过宏程序接口R74将主轴倍率设为#1033，则主轴最终实际速度（#2000）

　　#2000=S指令速度*主轴倍率

　　#2000=#100*#1033—————（1）

　　（变量定义及设置见5.1表1）



　　图1.主轴倍率的变量处理

　　图1.是将主轴倍率的数据通过宏程序接口转变为宏程序变量#1033的PLC程序。这是在进行宏程序计算时必须的变量。

　　（4）放卷电机压轮实际线速度

　　#105=k*#2000--------------（2）

　　#105---放卷压轮实际线速度

　　#2000=实际主轴转速指令

　　K=(3.14*#102)/#101

　　#101=主轴减速比

　　#102=放卷压轮直径

　　K=(3.14*放卷压轮直径)/减速比

　　(当机械系统确定后，K是个定值)

　　在进行主轴压轮线速度计算之前：必须设定

　　#101=主轴减速比

　　#102=放卷压轮直径

4.插补轴的合成速度和分量速度

　　4.1牵引电机的线速度计算

　　主轴线速度是整条生产线的基准速度，牵引电机轴的速度必须与主轴线速度相等。这是设定插补轴线速度的原则：



　　图2插补运行各轴速度计算

　　在如下程序中

　　N10S#100M3G91G01XA.YBF#115

　　F----指定的是插补运行的合成速度。合成速度在X和Y轴上的分解速度,如下式所示：



　　A----X轴移动距离

　　B---Y轴移动距离

　　F---联动速度

　　Fx----X轴速度

　　插补运行的合成速度如下式：


　　而Fx必须与主轴压轮线速度相等

　　Fx=K*#2000，则





　　(4)-----是用变量表示的合成速度计算公式

　　5变量设置及宏程序编制

　　5.1变量的设置

　　在宏程序运行前必须设置下列变量：

带*号的 初始变量必须设置，不能为零。否则会引起计算错误。

5.2 经过对主轴压轮线速度和插补轴相关变量的计算和设置，可以编制变量计算用宏程序如下：

变量计算宏程序：P9100

（#100----主轴转速S指令（设定）

#101-----主轴减速比（设定）

#102------主轴压轮直径（设定）

#2000----主轴实际速度（R/M）（ PLC 传送 NC）

#105------主轴放卷轮线速度（计算）

#107-----齿距: X轴单节距离 (设定)

#109----点印头数 （设定）

#111-----点印轴滚轮直径 （设定）

#110-----点印轴Y轴移动距离

#1000-----插补轴联动速度）

N5 #2000=#100* #1033/100-------主轴实际速度（R/M）

N10 #105= (3.14*#102) / #101 * #2000------主轴放卷压轮线速度

N20 #110=(3.14*#111) / #109------------计算点印轴滚轮移动距离

N30

—计算联动速度

N100 S#100 M3

N200 G91 G01 X#107. Y#110 F#115

运行效果：

通过使用变量和编制宏程序，使机床的柔性化加工功能大大增强。即使加工产品品种经常变化，由操作工人通过对变量进行简单设置就可满足要求。经过一年多的试用，效果良好。受到使用方的赞许。