西門子驅(qū)動(dòng)控制6SL3040-1NB00-0AA0

系統(tǒng)配置

SINUMERIK 840D sl 將 CNC、PLC、HMI、驅(qū)動(dòng)控制和通訊任務(wù)都集中在了一個(gè) NCU (Numerical Control Unit) 上。

組件

在 CNC 軟件中集成有對(duì)應(yīng)的操作軟件，用于實(shí)施操作、編程及可視化。 在操作區(qū)域中性能較高的情況下，可采用工業(yè) PC SINUMERIK PCU 50.5。

一個(gè) NCU/PCU 上多可以運(yùn)行 4 個(gè)分布式操作面板。操作面板可作為精簡型客戶端單元安裝在 NCU/PCU 100 米以內(nèi)的地點(diǎn)。

圖片: 完整系統(tǒng) SINUMERIK 840D sl 的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) SINUMERIK 840D sl系統(tǒng)概述概述SINUMERIK 840D sl

在 SINUMERIK 840D sl 上可以連接下列組件：

• SINUMERIK 前置操作面板，帶 TCU，PCU

• SINUMERIK 機(jī)床控制面板 MCP，MPP

• SINUMERIK 手持設(shè)備

• SIMATIC CE 面板

• SIMATIC Thin Client（自 V1.4 版本起）

• 通過 PROFIBUS DP 或 PROFINET IO 實(shí)施的分布式 PLC 外設(shè)

• SINUMERIK I/O 模塊 PP 72/48

• 用于 4 軸的 SINUMERIK 模擬驅(qū)動(dòng)接口模塊 ADI 4

• SINAMICS S120 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

• 進(jìn)給電機(jī)和主主軸電機(jī)

操作組件一覽

操作組件一覽

圖片: 操作面板

如何擴(kuò)展值編碼器的測量范圍
在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常使用值旋轉(zhuǎn)編碼器作為位置反饋，值編碼器具有返回值與實(shí)際位置一一對(duì)應(yīng)、斷電后位置信息不丟失等優(yōu)點(diǎn)，在使用時(shí)給用戶帶來了很多方便，比如在設(shè)備重新上電時(shí)，不需要重新尋找參考點(diǎn)（回零）。
不過值旋轉(zhuǎn)編碼器也有缺點(diǎn)，不管是單圈值編碼器，還是多圈值編碼器，它的測量范圍都是有限的。如果負(fù)載不停地單方向運(yùn)行，那么一定會(huì)造成編碼器返回值溢出，此時(shí)編碼器的值又重新返回零，周而復(fù)始。此時(shí)如果設(shè)備重新上電，編碼器返回值是不包含溢出次數(shù)信息的，所得到的位置值也是不可用的。

圖1 值旋轉(zhuǎn)編碼器的返回值與負(fù)載位置的關(guān)系

問題1：在使用SINAMICS S120進(jìn)行位置控制時(shí)，在采用值編碼器作為位置反饋時(shí)，如果負(fù)載行程較長，超出了值編碼器的測量范圍，那么在設(shè)備重新上電時(shí)，編碼器的返回位置r0483與負(fù)載實(shí)際位置是不匹配的。此時(shí)應(yīng)該如何擴(kuò)展值編碼器的測量范圍，正確地讀取負(fù)載的位置？

1.2 如何正確使用測量齒輪
在一些場合會(huì)使用測量齒輪改變電機(jī)或負(fù)載的轉(zhuǎn)速特性，以便于速度或位置的測量，如圖2所示為一個(gè)齒輪比為1：3的測量齒輪。如果所用的編碼器為值編碼器，那么在發(fā)生溢出時(shí)，編碼器返回值的零點(diǎn)與電機(jī)/負(fù)載的零點(diǎn)就出現(xiàn)偏移，偏移量的大小取決于齒輪比。一旦編碼器返回值發(fā)生溢出，負(fù)載的實(shí)際位置值就不可用了。

圖2 測量齒輪示意圖

舉一個(gè)例子，在使用圖2的測量齒輪時(shí)，假設(shè)所用的編碼器是一個(gè)8圈的值編碼器，那么默認(rèn)情況下，編碼器返回位置、電機(jī)/負(fù)載的角度、編碼器的角度隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖3所示。

西門子6SL3040-1MA01-0AA0
圖3 編碼器返回位置、電機(jī)/負(fù)載角度、編碼器角度的關(guān)系

從圖3可以看出，在編碼器旋轉(zhuǎn)8圈以后發(fā)生溢出，每次溢出后編碼器返回值的零點(diǎn)與電機(jī)/負(fù)載的零點(diǎn)會(huì)有1/3圈的偏移，在發(fā)生溢出以后編碼器返回的位置值就不可用了。在溢出3次以后，編碼器返回值零點(diǎn)與電機(jī)/負(fù)載零點(diǎn)又重合了。

問題2：在使用SINAMICS S120進(jìn)行位置控制時(shí)，在采用值編碼器作為位置反饋時(shí)，如果使用了測量齒輪，那么如何在編碼器溢出時(shí)，也能正確讀取電機(jī)/負(fù)載的實(shí)際位置？

2 SINAMICS S120位置跟蹤功能的使用

2.1 SINAMICS S120位置跟蹤功能概述
SINAMICS S120位置跟蹤（Position Tracking）可用于：

? 擴(kuò)展值編碼器的測量范圍
? 在使用測量齒輪時(shí)，正確計(jì)算負(fù)載的位置

該功能可通過參數(shù)P0411.0來激活，激活以后，編碼器溢出的次數(shù)信息會(huì)被保存在斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)中，這樣即使編碼器返回值發(fā)生溢出，即使設(shè)備重新上電，也可以重新根據(jù)編碼器溢出次數(shù)和當(dāng)前返回值計(jì)算出負(fù)載的當(dāng)前位置。

圖4 測量齒輪和編碼器的示意圖

值編碼器位置實(shí)際值保存在參數(shù)r0483中，r0483是一個(gè)無符號(hào)32位數(shù)，需要激活編碼器的控制字中第13位（GnSTW.13）才會(huì)將編碼器的實(shí)際值顯示在r0483中。如果P0411.0＝0，那么位置跟蹤功能未被激活，此時(shí)r0483中的位置值由以下數(shù)據(jù)構(gòu)成：

? 編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)P0408
? 編碼器信號(hào)細(xì)分位數(shù)P0419
? 編碼器圈數(shù)P0421

如果P0411.0＝1，那么位置跟蹤功能被激活，此時(shí)r0483中的位置由以下數(shù)據(jù)構(gòu)成：

? 編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)P0408
? 編碼器信號(hào)細(xì)分位數(shù)P0419
? 值旋轉(zhuǎn)編碼器虛擬圈數(shù)P0412
如果沒有測量齒輪，編碼器的圈數(shù)即為P0421的值，如果P0421太小，不滿足負(fù)載行程要求，那么可以通過放大P0412來擴(kuò)展值編碼器的位置測量范圍。
? 測量齒輪比P0433/P0432

2.2 擴(kuò)展值編碼器測量范圍的參數(shù)設(shè)置
要擴(kuò)展值編碼器的測量范圍，可以在配置向?qū)е芯幋a器配置畫面上進(jìn)行設(shè)置。使用STARTER軟件打開項(xiàng)目，在Config DDS的配置向?qū)е?，在配置編碼器數(shù)據(jù)時(shí)，點(diǎn)擊Details按鈕，如圖5所示。

圖5 編碼器配置畫面

在彈出的對(duì)話框中Details選項(xiàng)卡中，選擇激活位置跟蹤功能，并在虛擬圈數(shù)P0412中輸入需要的值，如圖6所示。配置完畢后，下載數(shù)據(jù)并保存。

圖6 激活位置跟蹤功能

另外也可以在ONLINE情況下，通過參數(shù)表直接設(shè)置。使用PG/PC連接設(shè)備，在STARTER軟件中連接在線后，通過驅(qū)動(dòng)器的Expert List打開參數(shù)列表，依次設(shè)置以下參數(shù)即可。

P0010＝4， Encoder Commissioning 編碼器調(diào)試
P0411.0＝Y(jié)es， Activate Position Tracking 激活位置跟蹤功能
P0412＝600， Set Virtual Revolution 設(shè)置虛擬圈數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整
P0010＝0， Ready 返回就緒狀態(tài)

2.3 使用測量齒輪時(shí)的參數(shù)設(shè)置
針對(duì)1.2節(jié)中的例子，編碼器每溢出一次，都會(huì)在電機(jī)/負(fù)載側(cè)產(chǎn)生1/3圈的偏移，每溢出3次以后，編碼器零點(diǎn)與電機(jī)/負(fù)載的零點(diǎn)重新吻合。在編碼器溢出時(shí)，電機(jī)/負(fù)載的位置就可能不正確了。
此時(shí)需要激活位置跟蹤功能，并設(shè)置測量齒輪的齒輪比P0433和P0432，如圖7所示。本例中值編碼器是一個(gè)8圈的值編碼器，所以P0412=8。

圖7 測量齒輪的參數(shù)設(shè)置

這樣可以擴(kuò)展位置值r0483的表示范圍（如圖8所示），在使用測量齒輪時(shí)，即使發(fā)生編碼器返回值溢出，也能正確指示電機(jī)/負(fù)載的實(shí)際位置。

圖8 位置跟蹤功能激活后的位置值