基于PMC窗口功能的主轴电机转速监控解决方案

发布时间：2009-11-05 作者：王侃夫

        0　引　言
        在数控机床加工过程中,不但要求数控机床 具有更高的技术性能和功能,还要求有更高的安 全性和可靠性。就主轴控制而言,若在切削中出 现: (1) 由于背吃刀量过大或刀钝导致主轴突然 堵转; (2) 主轴电机变频器故障或“使能”信号断 开导致主轴转速下降或停止。以上两种情况发生 时,应使主轴及进给坐标轴立即停止。采用 FANUC系统的数控机床,应用可编程机床控制器 ( PMC)窗口功能,通过读取主轴指令转速和实际 转速并进行比较,就可对主轴电机转速进行监控, 对机床、刀具和工件起安全保护作用。
        1　PMC窗口功能指令简介
        PMC 窗口的读写指令分别是W INDR ( SUB51)和W INDW ( SUB52) ,其指令格式梯形图 及控制数据定义如图1所示。
        

        在执行W INDR和W INDW 时,有以下要求: (1) 在一个低速响应指令执行完成后(W1 = 1) , ACT复位为“0”; (2) 所有数据按二进制储存,因 此要与NUMEB ( SUB40,定义二进制常数)功能指 令配合使用; ( 3) 控制数据储存在D 或R 地址 中; (4) 控制数据首地址储存的功能代码决定了 窗口读写要完成的任务。
        2　转速监控原理
        2. 1　主轴控制
        在FANUC“0”数控系统中,主轴电动机变频 器有两种控制形式:一种是变频器接收模拟控制 信号,称之为模拟主轴;另一种是变频器接收串行 数字信号,称之为串行主轴。图2所示为模拟主 轴控制示意图。
      

        在模拟主轴控制中,控制单元主板上JA8A 端口向主轴电机变频器发出速度控制模拟电压 ( - 10～ + 10 V) ,其绝对值大小决定了主轴转 速,极性决定了主轴转向;主轴编码器将检测到的 主轴电机实际转速通过JA7A端口反馈给数控系 统。PMC窗口指令读取指令转速和实际转速并 比较,正常运行状态下,考虑到转速偏差问题,若 实际转速小于指令转速的80% ,由PMC程序对 机床实施保护并报警,但主轴起动加速状态除外。
        2. 2　转速读取及比较
        图3给出了主轴转速监控流程图。
        主轴指令转速Sc 与主轴最高转速Smax的关 系为:

        式中: Smax ———主轴4个档位对应的最高转速,分 别在参数3 741～3 744中设定;
        S12 ———将给定的主轴转速转换为12位二进 制数据,储存在F36#0～F37#3中。
        2. 3　转速监控
        转速监控由主轴转速读取、计算和比较监控
        两部分组成。主轴转速监控PMC程序要考虑两个 问题:一是区分加速状态和切削状态,加速状态完成 标志为转速达到指令转速80%后延时2 s的转速,在 此期间不进行转速监控;二是在排除低速报警故障 后,确保主轴驱动“使能”信号不能自行接通。
        

        3　结　语
        应用PMC窗口功能可方便地实现对系统数 据的读写操作,结合数据转换和运算等功能指令, 拓展了数控机床控制功能。在XH715加工中心 中,应用本文所介绍的主轴电机PMC监控程序, 提高了机床长期运行的安全性和可靠性。机床运 行半年多来,多次避免了因主轴电机堵转而引起 的变频器过流报警及工件损坏的现象发生。
        【参考文献】
        [ 1 ] 　何红欣,张奇志,李宁. 模拟主轴安全控制的实现 [ J ]. 制造技术与机床, 2008 (2) : 1372138.
        [ 2 ] 　陈辉,奚叶敏. FANUC PMC窗口功能的应用[ J ]. 精 密制造与自动化, 2008 (2) : 10215.
        [ 3 ] 　陈贤国. FANUC Ladder窗口功能等的使用[ J ]. 制 造技术与机床, 2005 (8) : 1392141.
        [ 4 ] 　王侃夫. 数控机床控制技术与系统[M ]. 北京:机械 工业出版社, 2005.