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      西門子840Dsl針對力矩電動機控制技術(shù)的應(yīng)用-西門子力矩電機維修

      2023年07月09日 11:44:37人氣:2998來源:上海渠利自動化科技有限公司

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      數(shù)控機床高速切削技術(shù)的發(fā)展和實際應(yīng)用的需要對機床的性能提出了越來越高的要求,特別是針對磨具加工的高速五軸加工中心,在保證加工精度與表面粗糙度的同時,又要實現(xiàn)高速度和高加速度的加工,所以每個軸都必須連接簡單才能做到間隙更小,響應(yīng)更快。


      過去所采用的伺服電動機帶動蝸桿蝸輪傳動方式的轉(zhuǎn)臺已逐漸被可直接驅(qū)動負載,省去減速傳動齒輪,從而提高系統(tǒng)的運行精度的力矩電動機式轉(zhuǎn)臺所取代。因此,數(shù)控系統(tǒng)如何控制力矩電動機平穩(wěn)的運行,保護力矩電動機和伺服驅(qū)動器的使用壽命,既能發(fā)揮力矩電動機的高速特性,又能保有力矩電動機大扭矩輸出的特點,成為一項關(guān)鍵的技術(shù)。



      一、力矩電動機的特點



      力矩電動機本質(zhì)上是一種大力矩的三相永磁電動機。與普通永磁電動機相比,它在結(jié)構(gòu)上具有以下特點:長徑比小,軸向長度短,極對數(shù)多,轉(zhuǎn)子上安排有大量永磁體以提供大轉(zhuǎn)矩。


      在數(shù)控機床上所采用的力矩電動機大多數(shù)為交流力矩電動機,采用交流力矩電動機拖動負載,與采用高速的伺服電動機經(jīng)過減速裝置拖動負載相比有很多優(yōu)點,如響應(yīng)快、精度高、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速波動小、能在低速場合下長期穩(wěn)定運行以及機械特性和調(diào)節(jié)特性的線性好等。



      二、西門子840Dsl控制力矩電動機



      (1)硬件設(shè)計。VMC087mu五軸加工中心,轉(zhuǎn)臺采用的是LCM生產(chǎn)的搖籃式力矩電動機轉(zhuǎn)臺,工作臺可以環(huán)繞X軸回轉(zhuǎn),定義為A軸。工作臺的中間還設(shè)有一個回轉(zhuǎn)臺,環(huán)繞Z軸回轉(zhuǎn),定義為C軸。A、C軸控制方式是一致的,本文以控制回轉(zhuǎn)臺的力矩電動機C軸為例來進行說明。


      從C軸電動機端中引出了3根動力線,一條絕對值位置編碼器線,三組電動機溫度傳感器線。將3根動力線與西門子840Dsl驅(qū)動模塊相連,三組電動機溫度傳感器KTY1、KTY2和KTY3與溫度控制器連接,溫度傳感器阻值經(jīng)轉(zhuǎn)接盒處理后輸出一組模擬量信號KTY+與KTY-,連接到SME125的X200端口的1和2角,位置編碼器接到SME125的X100端口,最后X125的端口X500采用西門子的DRIVE-CliQ通訊線連接C軸驅(qū)動模塊的X203端口,作為數(shù)控系統(tǒng)端檢測位置與監(jiān)測溫度的信號(見圖1)。


      圖片

      圖1 硬件接線圖


      (2)系統(tǒng)參數(shù)配置。對于西門子840Dsl數(shù)控系統(tǒng)來說LCM力矩電動機屬于第三方電動機,因此在進行系統(tǒng)驅(qū)動配置時,電動機選擇第三方旋轉(zhuǎn)同步電動機,電動機參數(shù)按照力矩電動機說明書輸入各個數(shù)據(jù)。值得注意的是在輸入完力矩電動機電感后,進行下一步前要選擇不進行電動機數(shù)據(jù)的計算,如果選擇計算會改變已經(jīng)輸入的力矩電動機電感值,從而影響數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部計算出的力矩電動機電流環(huán)增益。


      進行軸分配后,初次通電時會出現(xiàn)207414的報警號,報警內(nèi)容為編碼器序列號改變,這是接入第三方電動機全新調(diào)試所導(dǎo)致的,此時將驅(qū)動參數(shù)P10設(shè)置為4編碼器調(diào)節(jié)模式,再將P440設(shè)置為1進行編碼器序列號重新識別,識別完成后,報警會自動消失,重新將P10設(shè)置為0驅(qū)動就緒模式。


      由于力矩電動機的溫度檢測是由SME125轉(zhuǎn)接到系統(tǒng)內(nèi)部的,因此將驅(qū)動參數(shù)P601改為10通過多個溫度通道分析SME125,將P4601改為20KTY84,告知系統(tǒng)溫度傳感器型號,系統(tǒng)會自動計算出相應(yīng)的溫度值。


      (3)力矩電動機轉(zhuǎn)子位置識別。對于力矩電動機來說,在使用之初需要測量出編碼器和轉(zhuǎn)子之間的相位角,這樣才能保證轉(zhuǎn)子磁場與定子的電磁場同步。如果這個角度未測或者角度設(shè)定不準(zhǔn)確,會導(dǎo)致電動機運行時電流過大。


      西門子840Dsl數(shù)控系統(tǒng)識別力矩電動機轉(zhuǎn)子使用基于飽和法的兩種不同識別方式,即飽和法1次+2次諧波、飽和法1次諧波。由于電動機轉(zhuǎn)子定子所決定的磁極位置飽和曲線R1985和磁極位置觸發(fā)特性R1987的相對位置不變。所以必須根據(jù)磁極位置飽和曲線和磁極位置觸發(fā)特性的相對位置來選擇識別方式。


      識別開始前,使用工具StartUp-Tool追蹤磁極位置飽和曲線R1985和磁極位置觸發(fā)特性R1987的圖形,在兩次磁極位置觸發(fā)過程中磁極位置飽和曲線有兩次波動時(見圖2),即采用飽和法1次+2次諧波的方法,在兩次磁極位置觸發(fā)過程中磁極位置飽和曲線有一次波動時(見圖3),即采用飽和法1次諧波的方法。根據(jù)測試出的不同曲線在P1980內(nèi)選擇相應(yīng)的識別方式進行識別。


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      圖2 采用飽和法1次+2次諧波的波形


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      圖3 采用飽和法1次諧波的波形


      確定識別方法后進行轉(zhuǎn)子識別,設(shè)置識別時的驅(qū)動參數(shù),在P235、P239內(nèi)設(shè)置識別時的電流,此電流值應(yīng)為力矩電動機額定電流的20%~40%,在P1981根據(jù)實際情況設(shè)置測試轉(zhuǎn)子位置識別時電動機移動的最大距離。確認P1980設(shè)置適合的識別方式,將P1990設(shè)置為1,轉(zhuǎn)子位置識別開始。識別結(jié)束P1990自動變?yōu)?,P431內(nèi)會顯示出識別后換向角偏移的位置。


      識別結(jié)束后進行角度測試,將參數(shù)P1983設(shè)置為1,查看參數(shù)R1984內(nèi)的數(shù)值,如果小于10度,則轉(zhuǎn)子識別正確。保存驅(qū)動參數(shù),每次驅(qū)動通電,系統(tǒng)直接使用P431內(nèi)換向角的偏移角度。


      (4)優(yōu)化力矩電動機。因為力矩電動機對于西門子840Dsl數(shù)控系統(tǒng)來說屬于第三方電動機,所以要進行優(yōu)化得出合適的電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的增益數(shù)據(jù)。首先進行電流環(huán)增益的優(yōu)化,設(shè)置P1910為1進行靜態(tài)電動機參數(shù)識別,得出合適的電流環(huán)增益。然后進行數(shù)控系統(tǒng)自帶的自動優(yōu)化功能,選擇符合機床的優(yōu)化策略,進行電動機優(yōu)化,得出合適的速度環(huán)與位置環(huán)增益。


      (5)力矩電動機運行檢測。力矩電動機配置完成后,運行力矩電動機,使用工具StartUp-Tool追蹤力矩電動機的電流、力矩輸出、輪廓誤差以及跟隨誤差(見圖4),如果這四個數(shù)據(jù)沒有較大的波動,表明數(shù)控系統(tǒng)對力矩電動機控制合適。


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