变量读写功能的数控机床位置测量系统的转换

王侃夫

（上海电机学院 机械学院，上海 200245）

变量读写功能的数控机床位置测量系统的转换

王侃夫

（上海电机学院 机械学院，上海 200245）

西门子SINUMERIK 840D数控系统与SIMODRIVE 611D数字驱动模块可组成半闭环或全闭环伺服系统，利用功能块FB3可设定和修改机床数据，从而实现闭环与半闭环伺服系统的切换。通过对SINUMERIK 840D数控系统位置控制的分析，给出了运用功能块FB3实现位置测量系统转换的可编程逻辑控制器（PLC）程序。

闭环；半闭环；转换

由光栅构成的闭环伺服系统因受伺服参数、机械传动刚度、切削状态及润滑等因素的影响，很容易造成系统的不稳定，影响加工精度［1］。对SINUMERIK 840D数控系统而言，常会伴随轮廓监控报警及其他轴报警［2－4］，通常采用改变位置增益、设置摩擦补偿等机床数据来改善［5－6］，或通过优化伺服参数的方法来改善伺服性能［7－12］。在实际加工过程中，在确保加工精度的前提下，也可将闭环切换成半闭环运行，以提高伺服系统的稳定性。另外，当闭环轴产生位置方面的故障时，可将光栅屏蔽，把闭环切换成半闭环运行，据此诊断位置故障是否由光栅引起的［13］；因此，闭环和半闭环的切换在保证数控机床稳定运行及轴报警故障诊断方面有重要的意义。

1 位置控制

SIMODRIVE 611D上的数字闭环控制模块经驱动总线接收来自数字控制单元（Numerical Control Unit，NCU）的位置指令，进行位置、速度和电流控制，并经矢量变换及正弦波脉冲宽度调制，通过功率模块中的逆变电路输出三相电压作为交流伺服电机的驱动电源。双轴数字闭环模块反馈接口如图1所示。

图1 双轴数字闭环模块反馈接口Fig.1 Feedback interface

位置控制有2种表现形式：① 通过伺服电机上的编码器反馈，经接口X411／X412实现位置和速度控制，构成位置半闭环伺服系统，对应进给轴接口信号为DB31～61.DBX1.5，即第1位置测量；② 由安装在工作台上的光栅尺直接进行位置反馈，经接口X421／X422实现位置控制，而编码器经X411实现速度控制，构成位置闭环伺服系统，对应进给轴接口信号为DB31～61.DBX1.6，即第2位置测量，通过修改相关机床数据可实现闭环和半闭环的切换［14］。

2 轴配置及机床数据

SINUMERIK 840D位置测量系统的轴配置如图2所示。

对闭环和半闭环而言，涉及到的机床数据有MD31000和MD31040。当MD31000＝1，定义编码器为线性，即光栅尺；MD31000＝0，定义编码器为非线性，即旋转编码器。当MD31040＝1，定义编码器安装在机床侧；MD31040＝0，定义安装在电机 侧。对 应 于 图 2（a），MD31000＝0，MD31040＝0；对应于图 2（b），MD31000＝1，MD31040＝1。由此，通过对 MD31000和MD31040机床数据“1”和“0”的设置，即可实现闭环和半闭环的切换。

图2 位置测量系统配置Fig.2 Configuration of position measuring system

3 FB3功能及PLC程序

3.1 功能块FB3

SINUMERIK 840D数控单元NCU与S7－300通过接口模块IM361连接。功能块FB3是SINUMERIK 840D提供用于数据传输的，可以将可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）中的位、字节、字及双字写到NCU内存中。机床数据是以变量的形式存放在相应的内存数据块DB中，故利用FB3可以通过PLC实现对机床数据的修改。调用FB3时，要确定机床数据的变量名，以及调用FB3的使能条件。表1为FB3的接口参数［15］。

当PLC调用FB3时，需要一个上升沿的请求任务信号Req，任务启动后，PLC数据SD1～SD8就会写到对应的变量Addr1～Addr8中。表1中，参数值 ［DBName］.［VarName］为对应的MD31000和MD31040机床数据变量，通过西门子TOOLBOX工具盘中的NC变量选择器（NCVar selector）生成，图3所示为MD31000生成的数据块源文件。

表1 FB3的接口参数Tab.1 Interface parameters

图3 MD31000生成的数据块源文件Fig.3 Block－data source file of MD31000

打开STEP7项目，选中S7程序中的源文件，单击Insert菜单中的External Source选项，再选中由变量选择器生成的数据块源文件并打开，编译并生成数据块DB120，可在符号表中为DB120编辑一个符号，如mdvar。

3.2 PLC程序

在OB1中调用FB3，分配背景数据块DB121。程序中，I7.7为切换按键，不按时，指示灯Q5.7不亮，机床处于闭环运行状态；按第1下时，指示灯Q5.7亮，机床切换到半闭环运行状态；按第2下时，又恢复到闭环运行状态。具体PLC程序如下：

4 结 语

SINUMERIK 840D数控系统PLC基本程序库提供了许多程序块，实现用户的读写数控变量等。利用本文涉及的FB3，结合功能块FB2，实时读取轴坐标值，用于在某一位置处执行其他任务；或用FB2读出当前正在执行程序的行号，并用FB3写到R参数中，可以在断电后根据R参数中的数值获取程序中止时的断点等。根据本文提供的PLC程序，应用表明可保证机床稳定运行，且实用性强、操作方便。

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Transform of Location Test Systems Based on Variables Access Function

WANG Kanfu
（School of Mechanical，Shanghai Dianji University，Shanghai 200245，China）

Both closed and semi－closed servo system can be obtained from data control elements of SIMENSE SINUMERIK 840Dand SIMODRIVE 611D.The FB3function elements can assign and revise machine data，and thus realize transform between closed servo systems and semiclosed servo systems.In this paper，by analyzing location control of the SINUMERIK 840Ddata control system，the above transform approach is studied，and a programmable logic controller（PLC）program is presented.

closed system；semi－closed system；transform

TG 659

A

2095－0020（2011）05－0311－03

2011－08－12

国家高技术研究发展计划（863）项目资助（2007AA041600）；上海市教育委员会重点学科资助（J51902）

王侃夫（1963－），男，副教授，专业方向为数控技术及机电一体化，E－mail：wangkf＠sdju.edu.cn