西门子S120驱动在数控轧辊磨床上的应用.pdf

精密制造与自动化 2016年第3期 42 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 BICO PROFINET 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 1 驱动选型及硬件连接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 SINAMICS S120。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 SINUMERIK 840SL 数控 系 统 使 用PROFIBUS 总线连接，如图 1 和图 2 所示。图图 1 S120 驱动连接示意图驱动连接示意图 图图 2 驱动实物连接驱动实物连接 刘 枫 西门子 S120 驱动在数控轧辊磨床上的应用 43 2 2 驱动通讯及数据处理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。表表 1 BICO 功能功能 缩写 名称 描述 BI 二进制互联输入 Binector Input（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 Binector Output（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 Connector Input（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 Connector Output（信号源）可用作模拟量互联输入的信号源。2.12.1 电机起停控制电机起停控制 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。2.22.2 电机的转速控制电机的转速控制 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 010V 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的转速。具体 PLC 信号处理如下：L DB34.DBD 88 L 2.040000e+001*R RND T MW 700 L MW 700 T PQW 256 L DB35.DBD 88 L 3.850000e+002*R RND T MW 720 L MW 720 T PQW 258 PLC