摘要：在BF一3000數(shù)控銑切機(jī)數(shù)控系統(tǒng)更新中，應(yīng)用SIEMENS變頻器MICROMASTER 440實(shí)現(xiàn)機(jī)床的銑軸、鉆軸單獨(dú)工作及5個(gè)鉆軸同時(shí)工作的3種工作狀態(tài)的切換控制，并介紹了每種工作狀態(tài)的參數(shù)設(shè)置和調(diào)試方法。
關(guān)鍵詞：變頻器 改造 調(diào)速 多電動(dòng)機(jī)控制
數(shù)控機(jī)床的改造并不是完全否定原有的控制過(guò)程及控制方法，而且在適當(dāng)?shù)臈l件下還需要增加某些功能。所以在實(shí)際的改造中，必須充分了解原機(jī)床和現(xiàn)在要使用的新系統(tǒng)及元件所能夠?qū)崿F(xiàn)的加工功能及特性后，才能逐步完成需要的控制及加工功能。而此次改造中，原機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速變頻控制部分的多數(shù)元件、線路都已老化，故障率極高，且已不能實(shí)現(xiàn)變速控制，因此要求更新原有主軸變頻控制部分。由于原主軸銑軸及5個(gè)鉆軸變頻電動(dòng)機(jī)能夠正常良好的運(yùn)轉(zhuǎn)，所以要求使用原有交流變頻電動(dòng)機(jī)，以節(jié)省開(kāi)支。所以在主軸更新中，需要二者的參數(shù)及性能互相匹配，才能實(shí)現(xiàn)機(jī)床的原有銑軸和5個(gè)鉆軸的起停及轉(zhuǎn)速控制。
　　由于銑軸電動(dòng)機(jī)的最大輸出功率為10 kW，要求能夠單獨(dú)工作；而其他5個(gè)鉆軸中的每個(gè)電動(dòng)機(jī)最大輸出功率約為4 kW，要求5個(gè)鉆軸能夠同時(shí)起停并能進(jìn)行調(diào)速，峰值功率可達(dá)到20 kW；另要求每個(gè)鉆軸能夠單獨(dú)工作。而且銑軸和5個(gè)鉆軸的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及頻率范圍相差較大：銑軸電動(dòng)機(jī)工作頻率為 50～250Hz，轉(zhuǎn)速2 910～14 870 r／rain；鉆軸電動(dòng)機(jī)的工作頻率為150—300 Hz，轉(zhuǎn)速 8 580～17 600 r／min。所以如果要分別采用一個(gè)變頻器各自控制，雖然很容易實(shí)現(xiàn)這兩種工作狀態(tài)，但是需要購(gòu)買(mǎi)6臺(tái)變頻器，價(jià)格比較昂貴且控制比較繁瑣而且占用空間較大。如果能夠采用一個(gè)變頻器分別用兩組參數(shù)來(lái)控制這6臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起停及轉(zhuǎn)速的兩種組合工作狀態(tài)，在經(jīng)濟(jì)性和利用率上更加適合。由于西門(mén)子MICROMASTER 440系列變頻器能夠?qū)崿F(xiàn)三組電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)參數(shù)的切換，所以此次主軸部分采用一臺(tái)變頻器控制6臺(tái)變頻電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)兩種加工工藝的控制要求。綜合考慮后確定采用一臺(tái)22kW變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)主軸部分銑軸與鉆軸的控制。
1 MICRoMASTER 440變頻器功能介紹
　　MICROMASTER 440是用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的變頻器。該變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功率輸出器件。因此，具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。采用脈沖頻率可選的專(zhuān)用脈寬調(diào)制技術(shù)，可使電動(dòng)機(jī)低噪聲運(yùn)行。擁有全面而完善的保護(hù)功能，為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù)。可以通過(guò)設(shè)置不同的參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，所以在單獨(dú)傳動(dòng)系統(tǒng)和集成自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用較廣。
2 控制方案制定及實(shí)現(xiàn)
　　為滿足3種加工工藝的控制要求，主軸部分采用一臺(tái)22 kW變頻器控制6臺(tái)變頻電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)主軸部分銑軸與鉆軸的組合控制。根據(jù)控制要求必須有以下3種互不影響的獨(dú)立工作狀態(tài)：
（1）銑軸電動(dòng)機(jī)能夠單獨(dú)起停并調(diào)速運(yùn)行，此時(shí)要求變頻器在第一組參數(shù)的控制下工作：
工作頻率50～250 Hz
轉(zhuǎn)速范圍2 910～14 870 r／min
輸出功率2～10 kW（電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)0．85）
輸出電壓90～380 V
峰值電流18．5 A
（2）5臺(tái)鉆軸電動(dòng)機(jī)同時(shí)起停并調(diào)速運(yùn)行，此時(shí)要求變頻器在第二組參數(shù)的控制下工作：
工作頻率150—300 Hz
轉(zhuǎn)速范圍8 580～17 600 r／min
輸出功率5×1．9～5×4．04 kW（9．5～20．2 kW）
輸出電壓190～380 V（電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)0．74）
峰值電流5×9．5 A（47．5 A）
（3）5臺(tái)鉆軸電動(dòng)機(jī)單獨(dú)起停并調(diào)速運(yùn)行，此時(shí)要求變頻器在第三組參數(shù)的控制下工作：
工作頻率150～300 Hz
轉(zhuǎn)速范圍8 580～17 600 r／min
輸出功率1．9～4．04 kW
輸出電壓190～380 V（電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)0．74）
峰值電流9．5 A
以上3種工作狀態(tài)在同一時(shí)刻只允許有一種運(yùn)行，互不干擾，這樣才能保證變頻器的正常運(yùn)行。這就要求要從外界通過(guò)變頻器的數(shù)字量輸入介入來(lái)控制兩種驅(qū)動(dòng)圖1兩種不同參數(shù)的電動(dòng)機(jī)切換電動(dòng)機(jī)參數(shù)的切換。在變頻器的運(yùn)行或準(zhǔn)備狀態(tài)階段利用一個(gè)或多個(gè)外部信號(hào)同時(shí)改變參數(shù)組，從而達(dá)到一臺(tái)變頻器控制兩臺(tái)及多臺(tái)電動(dòng)機(jī)，如圖1所示。

　　為滿足這樣的控制要求，必須要求變頻器有這樣的控制功能，而西門(mén)子變頻器MICROMASTER 440卻可以利用變址參數(shù)來(lái)完成該功能，而且控制方便。在這種情況下，就功能而論，參數(shù)應(yīng)組合形成命令組／數(shù)據(jù)組并加變址。在使用變址時(shí)，幾個(gè)不同的電動(dòng)機(jī)相關(guān)設(shè)定可以存儲(chǔ)在每組參數(shù)中，可以用轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)組來(lái)激活（如在數(shù)據(jù)組間的切換）。
　　可應(yīng)用到CDS命令數(shù)據(jù)組和DDS傳動(dòng)數(shù)據(jù)組。每個(gè)數(shù)據(jù)組有3種獨(dú)立設(shè)定。這些設(shè)定可用特定參數(shù)的變址來(lái)確定：
CDS1. CDS3
DDS1.DDS3
用于控制傳動(dòng)系統(tǒng)和輸入給定值的參數(shù)（連接器和開(kāi)關(guān)量連接器輸入）分配給命令數(shù)據(jù)組（CDS）。控制命令和給定值的信號(hào)源用BICO技術(shù)互連。傳動(dòng)數(shù)據(jù)組用BICO參數(shù)P0820和P0821來(lái)切換。激活的傳動(dòng)數(shù)據(jù)組顯示在參數(shù)r0051中。傳動(dòng)數(shù)據(jù)組可在“準(zhǔn)備”狀態(tài)下切換，此項(xiàng)切換約需 50 ms。如圖2所示。
 

3 變頻器的調(diào)試及運(yùn)行
3．I 電動(dòng)機(jī)基本參數(shù)調(diào)試
由于變頻器的出廠默認(rèn)設(shè)定電動(dòng)機(jī)參數(shù)值與現(xiàn)實(shí)中所使用的電動(dòng)機(jī)參數(shù)不匹配，沒(méi)有合適的參數(shù)設(shè)定。所以必須針對(duì)于原電動(dòng)機(jī)銘牌進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的參數(shù)設(shè)定，包括電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)辨識(shí)程序的V／f控制的快速調(diào)試的執(zhí)行，都需要通過(guò)BOP操作面板來(lái)進(jìn)行。在快速調(diào)試開(kāi)始前，必須修改的數(shù)據(jù)包括：輸入電源頻率、輸入銘牌數(shù)據(jù)、命令／給定值源、最小／最大頻率或斜坡上升／斜坡下降時(shí)間、閉環(huán)控制方式、電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)辨識(shí)等。具體調(diào)試步驟如下（以銑軸電動(dòng)機(jī)為例，將它的參數(shù)輸入到in000中，完成第一組DDS輸入）：
（1）將訪問(wèn)級(jí)設(shè)置為專(zhuān)家級(jí)；PO003=3
（2）參數(shù)過(guò)濾設(shè)置為所有參數(shù)；PO004=0
（3）調(diào)試參數(shù)過(guò)濾設(shè)置為快速調(diào)試；P0010=1
（4）輸入電源頻率設(shè)置為50 Hz；POLO0=0
（5）變頻器應(yīng)用設(shè)置為恒定轉(zhuǎn)矩；P0205=0
（6）電動(dòng)機(jī)類(lèi)型設(shè)置為異步電動(dòng)機(jī)；P0300=1
（7）電動(dòng)機(jī)額定電壓設(shè)置為380 V；P0304：380
（8）電動(dòng)機(jī)額定電流設(shè)置為18．5 A；P0305=18．5
（9）電動(dòng)機(jī)額定功率設(shè)置為10 kW；P0307=10
（10）電動(dòng)機(jī)額定功率因數(shù)設(shè)置為0．85；P0308=0．85
（11）電動(dòng)機(jī)額定頻率設(shè)置為250 Hz；P0310=250
（12）電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速設(shè)置為14 870 r／min；P0311= 14 870
（13）電動(dòng)機(jī)冷卻設(shè)置為自冷式；P0335=0
（14）電動(dòng)機(jī)過(guò)載系數(shù)設(shè)置為150％；P0640=150
（15）選擇命令源設(shè)置為端子；P0700=2
（16）選擇頻率給定值設(shè)置為模擬輸入；PIO00=2
（17）最小頻率；P1080=50
（18）最大頻率；P1082=250
（19）控制方式設(shè)置為線性V／f（電壓／頻率）關(guān)系；P1300=0#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
（20）選擇電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)辨識(shí)為用參數(shù)變更；P1910=1
此時(shí)會(huì)出現(xiàn)報(bào)警A0541（電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)辨識(shí)激活）產(chǎn)生，并用下一個(gè)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)命令來(lái)測(cè)量。
（21）快速調(diào)試結(jié)束；P3900=1
　　此時(shí)面板上會(huì)出現(xiàn)顯示“busy”，表示控制數(shù)據(jù)（閉環(huán)控制）正在計(jì)算然后復(fù)制，和參數(shù)一起從RAM送人ROM。在快速調(diào)速完成以后，再顯示P3900。在此以后，由于P1910尚未儲(chǔ)存，所以不允許傳動(dòng)變頻器斷電。
（22）快速調(diào)試結(jié)束，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)辨識(shí)用外部指令啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)辨識(shí)程序（工廠設(shè)定DIN1）。此時(shí)電流流過(guò)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子自己定位。如電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)辨識(shí)已完成，則數(shù)據(jù)從RAM復(fù)制到ROM，面板上再次顯示“busy”。當(dāng)完成后，面板顯示的報(bào)警A0541（電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)辨識(shí)激活）自動(dòng)消失，再顯示P3900。
（23）結(jié)束快速調(diào)速／傳動(dòng)設(shè)定。在以上的調(diào)試中，因?yàn)檫@6臺(tái)電動(dòng)機(jī)為進(jìn)口電動(dòng)機(jī)，型號(hào)比較老，而且沒(méi)有明確的額定轉(zhuǎn)速、額定電壓及額定頻率，只是給定了范圍，所以在輸入電動(dòng)機(jī)銘牌上的數(shù)據(jù)時(shí)針對(duì)于變頻器的出廠默認(rèn)設(shè)置的控制方式（采用的是線性電壓／頻率V／f關(guān)系），得出它是向下調(diào)速，應(yīng)按照最大數(shù)據(jù)輸入。在電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)輸入完后，可以根據(jù)外部定義的端子來(lái)啟動(dòng)和調(diào)速。
　　在5臺(tái)鉆軸電動(dòng)機(jī)總的參數(shù)輸人時(shí)，只須將它的電動(dòng)機(jī)參數(shù)輸入到in001中，即可完成第二組DDS輸入。依次類(lèi)推，在單個(gè)鉆軸電動(dòng)機(jī)參數(shù)輸入時(shí)，只須將它的電動(dòng)機(jī)參數(shù)輸入到in002中，即可完成第三組DDS輸入。
3．2 驅(qū)動(dòng)參數(shù)的切換設(shè)置
　　在三組參數(shù)輸入完后，需要進(jìn)行驅(qū)動(dòng)參數(shù)的切換設(shè)置。帶3種獨(dú)立狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)組合相當(dāng)于是帶3臺(tái)不同電動(dòng)機(jī)。所以，可以按照3臺(tái)電動(dòng)機(jī)來(lái)配置切換設(shè)置。具體參數(shù)設(shè)置，調(diào)試步驟如下：
　　（1）對(duì)銑軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)參數(shù)與5個(gè)鉆軸電動(dòng)機(jī)的總參數(shù)的切換調(diào)試，首先，將I‘0820與DDS源連接起來(lái)，要求用變頻器的數(shù)字量輸入4，來(lái)實(shí)現(xiàn) DDS1到DDS2驅(qū)動(dòng)控制參數(shù)的切換。然后通過(guò)rO051參數(shù)可以監(jiān)控，檢查是否切換到DDS2參數(shù)上。實(shí)際激活的傳動(dòng)數(shù)據(jù)組（DDS）顯示在參數(shù) r0051中。
（2）對(duì)5個(gè)鉆軸電動(dòng)機(jī)的總參數(shù)與單個(gè)鉆軸電動(dòng)機(jī)參數(shù)的切換調(diào)試，首先，將P0821與DDS源連接起來(lái)，要求用變頻器的數(shù)字量輸入5作為外界的切換輸入信號(hào)，來(lái)控制DDS2到DDS3參數(shù)的切換。將DIN5：P0706[0]設(shè)置為99，將P0821設(shè)置為722．4。然后同樣可以通過(guò) r0051參數(shù)可以監(jiān)控，檢查是否切換到DDS3參數(shù)上。
（3）可以通過(guò)r0055．5和r0054．4的位狀態(tài)來(lái)檢查所在的驅(qū)動(dòng)參數(shù)組狀態(tài)。具體的狀態(tài)如圖3所示。
 

　　在控制指令的切換方面，同樣采用多組態(tài)的控制方法，但由于變頻器的外部模擬量輸入控制端子只有2個(gè)，所以單臺(tái)鉆軸的控制只能與5臺(tái)鉆軸的控制公用1個(gè)模擬量控制端子來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，具體控制方法必須結(jié)合機(jī)床的PLC控制程序，使模擬量控制電位器來(lái)回切換來(lái)實(shí)現(xiàn)。
4 結(jié)語(yǔ)
　　此次改造中，由于機(jī)床加工工藝控制要求的特殊性，主軸部分的電動(dòng)機(jī)不僅要實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速變速控制，而且要實(shí)現(xiàn)多臺(tái)不同功率電動(dòng)機(jī)混合多狀態(tài)的控制要求，在工作中較為少見(jiàn)。機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速變頻控制部分由西門(mén)子MICROMASTER 440變頻器作調(diào)速器后，在實(shí)施的控制方法上更加簡(jiǎn)單方便，控制功能上更加完善，變頻器的利用率得到了很大的提高。為我們以后在多臺(tái)電動(dòng)機(jī)多工作狀態(tài)控制問(wèn)題的解決，提供了新的控制思路，從而可以方便快捷地實(shí)現(xiàn)更多的控制功能。
參考文獻(xiàn)
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