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精密制造与自动化2016年第3期
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西门子S120驱动在数控轧辊磨床上的应用
刘枫
(上海机床厂有限公司上海200093)
摘要在冶金行业和汽车行业高速发展的今天,用户对板材的加工效率和加工精度要求越来越高,而数控轧辊磨床又是制造板材的轧机生产线上的重要组成部分,普通的V/F控制变频器已经不能满足目前的要求,通过介绍S120驱动的BICO技术,矢量控制功能,安全集成功能和多元化的通讯接口,分析了安全集成的参数设置方法,实现了高精度高效率的主轴传动,总结了高性能驱动的功能和优势。
关键词BICOPROFINET报文安全集成
数控轧辊磨床是轧机生产线上重要的组成部分。在钢板的轧制过程中,由于高温的氧化和高压的机械磨损,轧辊的几何精度和表面质量受到损坏,需要轧辊磨床对辊面进行周期性的研磨修复。轧辊磨床的磨削精度直接影响钢板的轧制质量和生产效率,而决定轧辊磨削效率的是磨床的砂轮主轴和头架主轴,这就需要高性能的交流电机和驱动设备来保障主轴的高效工作。
S120的优点在于高性能单机和多机传动的矢量/伺服控制;通用性强,可自由组合生成量身定制的解决方案;功率范围较宽;控制功能强大;SINAMICS集成安全功能;可采用各种冷却方式(风冷/水冷);支持多种整流方式;可方便地集成到上位自动化和IT环境中;组态简单方便;安全集成度高。
1驱动选型及硬件连接
头架和砂轮主轴均使用西门子1PH8系列主轴电机带动,电机带22位增量编码器(分辨率4194304:内部2048S/R)+转子换向相位置11位(IC22DQ编码器)。
电机驱动使用SINAMICSS120。驱动部分配置:
CU320-2D控制单元(6SL3040-1MA00-0AA0)适配器CUA31模块(6SL3040-0PA00-0AA1)功能模块TM31(6SL3055-0AA0-3AA1)功率模块PM340(6SL3310-1TE32-1AA3)
主轴电机通过编码器与S120驱动连接进行数据交换,构成全闭环系统。驱动各组件之间使用PROFINET协议进行通讯,总线将各组件的信息传
递到CU320控制单元进行处理。CU320控制单元与上位机SINUMERIK840SL数控系统使用PROFIBUS总线连接,如图1和图2所示。
图1S120驱动连接示意图
图2驱动实物连接
刘枫西门子S120驱动在数控轧辊磨床上的应用
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2驱动通讯及数据处理
驱动与上位机的通讯使用PROFIBUS协议,组件之间使用PROFINET协议。
BICO技术每个驱动设备中都包含大量可连接的输入/输出和内部控制数据。
BICO参数任意连接数字和模拟信号,参数名预设为BI、BO、CI、CO,如表1所示。
表1BICO功能
缩写
名称
描述
BI
二进制互联输入BinectorInput
(信号汇点)
可与一个作为源的二进制互联输出连接。二进制互联输出的编号必须作为参数值输入。
BO
二进制互联输出BinectorOutput(信号源)
可用作二进制互联输入的信号源。
CI
模拟量互联输入ConnectorInput(信号汇点)
可与一个作为源的模拟量互联输出连接。模拟量互联输出的编号必须作为参数值输入。
CO
模拟量互联输出ConnectorOutput(信号源)
可用作模拟量互联输入的信号源。
2.1电机起停控制
通过PLC开关量信号控制CU320控制单元的X122及132端口,通过BICO互联技术定义X122.1为砂轮主轴的启动信号,定义X132.1为头架主轴的启动信号。
2.2电机的转速控制
手动调节采用点位器进行无极调速,调节模拟电压并将其输送给CU320控制单元。
自动调节使用数控指令控制电机运行。配置砂轮与头架电机为机床轴,轴名分别为SW、SR,轴号分别为3、4。数控输出转速指令,PLC通过内部总线采集数控指令并进行处理,然后再将数字量信号转换为模拟量信号输出0~10V电压。TM31模块采集PLC输出的模拟量信号,并将采集的模拟量转换为数字量信号输送给CU320控制单元,CU320控制单元根据获得的数字量大小控制电机
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