西门子802Dsl系统断电退刀功能的实现

2011-09-28王建红

制造技术与机床 2011年8期

王建红

(天水星火机床有限责任公司技术中心，甘肃天水 741024)

在磨削加工行业中，有不少用户要求经济型的磨床具有断电保护退刀功能，以保护工件、砂轮及机床不被损坏，避免由于突然断电引发不良后果。由于西门子802Dsl系统没有断电退刀保护功能，只有选用西门子840D高档系统才具有断电退刀保护功能。西门子840D系统是通过检测驱动611D直流母线上的电压，当母线电压低于正常值时，NC报警并激活设定轴的自动回退(ESR)功能，退刀量由电容模块存储电能的多少来决定。为了保证退刀需要的能量，电容模块的大小是根据所要求退刀轴需要的能量计算得来。但是，如果选用西门子840D系统，则机床的成本很高。对于经济型的磨床来说，选用如此高档的系统也是一种浪费。虽然西门子802Dsl系统的驱动不具备断电退刀功能，但我们可以通过西门子802Dsl系统的异步子程序功能来控制实现磨床的断电退刀功能。

1 控制过程

当机床突然断电时，数控系统检测到断电保护触发信号(I1.6=0)，PLCASUP1立即启动，由于中断程序(PLCASUP1)有优先执行权，PLC发出中断命令，数控系统就会停止正在执行的加工程序，立即调用异步子程序，而去执行相应的退刀程序。只要把要退刀的轴编写在异步子程序(NC程序PLCASUP1.SPF后述)中，就可以实现断电退刀的功能。用户通过这种方法使机床断电退刀工作变得更灵活方便。由于西门子802Dsl系统最多只能有2个异步子程序，在实际应用中，我们选用了一个自定义键作为紧急退刀按键，用第2个异步子程序(PLCASUP2)来实现紧急退刀功能，便于误操作或紧急情况下使用，安全保护性更强。

2 对系统硬件的要求

(1)UPS电源由于机床突然断电后，驱动系统和PLC以及NC系统所需要的DC24V电源也就不能提供了，为了使驱动系统和PLC以及NC能系统正常工作，需要选择一个UPS稳压电源来保证机床突然断电后，提供DC24V电源，使驱动系统和PLC以及NC系统能正常工作。根据驱动系统和PLC以及NC系统所需电流的大小再乘以一个安全系数，我们选用了一个40A的UPS电源，输入端 DC24V，输出端 DC24V，订货号:6EP1935－6MF01;另外，还选用了一个UPS充电电池模块，输入 DC24V，输出 DC24V，12Ah，为UPS电源充电。订货号:6EP1931－2FC21。

(2)电容模块用来存储电能，为机床退刀提供所需的能量。根据机床退刀轴的数量、各退刀轴的距离和要求退刀的速度计算出机床所需的电容模块的规格和数量。电容模块存储的能量只有大于轴退刀时所需要的能量，才能保证机床加工工件和砂轮不被损坏。

3 电容模块的选择

(1)电容模块能量的计算

反馈制动时:

电源故障或突然断电时:

(2)轴回退所需能量的计算

旋转轴计算:

直线轴计算:

制动过程中:ηc=ηmηinv

加速过程中:ηc=1/(ηmηinv)

式中:C为电容;VDC－Link－max为最大直流母线电压;VDC－Link为额定直流母线电压;VDC－Link－min为最小直流母线电压;P为机床回退轴总功率;Tv为回退时间;Mmax为最大扭矩;Fmax为回退轴受到的最大应力;nmax为最高转速，r/min;nmin为最低转速，r/min;Vmax为最高速度，m/s;Vmin为最低速度，m/s;ηc为总效率;ηm为电动机效率;ηinv为反向效率。公式中各单位为国际标准单位。

根据计算结果，选电容模块的电容量为4.1 mF。订货号:6SL3100－1CE14－0AA0。

4 动作原理

当机床突然断电时，电源模块将无法提供正常的直流母线电压，如果电源无法恢复供应，直流母线电压将在驱动器的动态能量耗尽后崩溃。因此选择的电容模块和UPS稳压电源的容量必须满足回退轴的需要，即系统检测到直流母线电压低于一个设定值(P1248中设定的值)后，电容模块通过直流母线给驱动模块提供能量，由UPS稳压电源提供DC24V，保证机床轴回退。当机床突然断电后，直流母线电压下降，为了使NC正常工作，驱动数据P0864必须设为65536，或利用STARTER软件调试时将P0864由0改为1即可。注意数据的保存，这点很重要。