抱閘控制單元中冗余設(shè)計(jì)的應(yīng)用

蔡美富

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 校辦工廠(咸陽(yáng)機(jī)床廠)，咸陽(yáng) 712000）

0 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展、分工的趨細(xì)和人類智能的提高，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的控制功能愈發(fā)完善，使得機(jī)床的設(shè)計(jì)、制造就變得更為簡(jiǎn)單，比如機(jī)床垂直軸抱閘的設(shè)計(jì)，以前為實(shí)現(xiàn)這一功能，在機(jī)械上必須有一套抱閘單元機(jī)構(gòu)再加上相應(yīng)的電氣控制；而現(xiàn)在我們只要一臺(tái)帶抱閘的伺服電機(jī)，結(jié)合NC系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的控制功能，附加適當(dāng)?shù)耐鈬刂齐娐芳纯蛇_(dá)到目的。

1 控制原理

不同數(shù)控系統(tǒng)廠家的實(shí)現(xiàn)方法不同，比如：SIEMESN802DSL及以上檔次控制系統(tǒng)，機(jī)床設(shè)計(jì)者不需要對(duì)機(jī)械和電氣進(jìn)行任何設(shè)計(jì)，NC對(duì)垂直軸抱閘單元的控制采用閉環(huán)控制，伺服放大器直接為抱閘線圈提供電源，伺服放大器與NC進(jìn)行通信，NC根據(jù)相應(yīng)軸位置環(huán)的狀態(tài)來(lái)控制是否給抱閘線圈提供電源，而且可以在伺服放大器中進(jìn)行更為詳細(xì)的參數(shù)設(shè)置；而SIEMESN802DSL以下檔次及802DSL以前的802D系統(tǒng)，F(xiàn)AGOR系統(tǒng)是通過(guò)NC與PLC進(jìn)行通信，通過(guò)PLC對(duì)相應(yīng)軸的位置環(huán)信號(hào)進(jìn)行周期掃描，再根據(jù)位置環(huán)信號(hào)的狀態(tài)來(lái)控制抱閘線圈電源的通斷，電源采用外部供電。所以設(shè)計(jì)者要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，否則可能會(huì)出現(xiàn)重大機(jī)械事故。

2 應(yīng)用實(shí)例

下面以“咸陽(yáng)機(jī)床廠”2008年以前生產(chǎn)的“數(shù)控閥芯槽及倒角磨床”為例就后者的抱閘電路設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的探討。

2.1 硬件及說(shuō)明

機(jī)床總體布局簡(jiǎn)圖如圖1所示：機(jī)床共配置五軸，軸名稱分別定義為X、Y、Z、V、A，其中Y、V為垂直軸。系統(tǒng)選用SIEMENS802D。

圖1 機(jī)床總體布局簡(jiǎn)圖

2.2 控制原理及外圍控制電路說(shuō)明

2.2.1 NC控制原理

NC給每根軸都提供軸的位置環(huán)狀態(tài)值，對(duì)應(yīng)Y、V軸具體狀態(tài)值地址：V39010001.5，V39030001.5，PLC對(duì)以上地址的狀態(tài)值無(wú)條件地進(jìn)行周期掃描， 狀態(tài)值為“1”時(shí)正常，接通抱閘電源；狀態(tài)值為“0”不正常，斷掉抱閘電源（抱閘機(jī)構(gòu)單元得電松開，失電夾緊）。

2.2.2 PLC邏輯電路

LD SM0.0

LD V39010001.5

O V39030001.5

ALD

= Q1.3

2.3 外圍控制電路（改進(jìn)前）

圖2 外圍控制電路圖（改進(jìn)前）

2.3.1 電路圖說(shuō)明

Q1.3：PLC輸出點(diǎn), KA13、KA31：DC24V繼電器,-SB0-2急停按鈕,當(dāng)相應(yīng)軸位置環(huán)無(wú)效時(shí)，Q1.3狀態(tài)值為“0”,KA13失電,-KA13-1斷開Y、V抱閘單元機(jī)構(gòu)失電，抱閘單元機(jī)構(gòu)抱軸；軸位置環(huán)有效時(shí)Q1.3狀態(tài)值“1”,KA13得電Y、V抱閘單元機(jī)構(gòu)通電，抱閘單元機(jī)構(gòu)松開。

2.3.2 設(shè)計(jì)缺陷

以上設(shè)計(jì)的缺陷是忽略了冗余設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中我們一般不采用冗余設(shè)計(jì)，但在某些安全要求特別嚴(yán)格或其它特定情況下必須采用冗余設(shè)計(jì)，這樣可以避免一些意料之外的故障，往往這類故障發(fā)生的概率少，但一旦發(fā)生就是致命的。

“數(shù)控閥芯槽及倒角磨床”是咸陽(yáng)機(jī)床廠2006年開發(fā)的新品，前5臺(tái)其中的4臺(tái)至今一直運(yùn)行正常，但有一臺(tái)（珠海用戶）2010年8月至10月份共發(fā)生兩次Y、V軸滑塊機(jī)構(gòu)莫明其妙的同時(shí)往下掉，將砂輪砸傷，并嚴(yán)重?fù)p壞機(jī)床精度。起初我們一直找不到原因，我們與NC系統(tǒng)提供廠家一起排除了系統(tǒng)的原因。經(jīng)過(guò)多次故障摸擬，發(fā)現(xiàn)KA13動(dòng)作有時(shí)不可靠。我們可以更換KA13，但不能徹底解決問(wèn)題。經(jīng)過(guò)縝密思考最后決定更改外圍控制電路。

圖3 外圍電路控制圖（改進(jìn)后）

2.3.3 改進(jìn)后的外圍控制電路及說(shuō)明

電路說(shuō)明：在PLC輸出點(diǎn)上并聯(lián)一個(gè)冗余的DC24V中間繼電器KA100，并將一常開觸點(diǎn)串聯(lián)在給抱閘提供電源的線路上，這樣改進(jìn)后：Y、V軸的位置環(huán)狀態(tài)都能在KA13,KA100得到正確的反應(yīng)，機(jī)床控制系統(tǒng)能及時(shí)地做出正確的反應(yīng)；而且KA13，KA100同時(shí)發(fā)時(shí)同樣故障的概率在理論上為零。

3 結(jié)論

從以上實(shí)例來(lái)看，設(shè)計(jì)機(jī)床的抱閘控制單元時(shí)應(yīng)根據(jù)NC系統(tǒng)的具體控制功能加上相應(yīng)的冗余設(shè)計(jì)，這樣機(jī)床的安全性更高，發(fā)生意外安全事故的概率更少。

設(shè)計(jì)者如果選用其它的NC系統(tǒng)，可以參考以上實(shí)例進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。

[1] 簡(jiǎn)明調(diào)試手冊(cè)(SINUMERIK 802D solutionline T/M)[Z].SIEMENS(CHINA)LT.D.

[2] PLC子程序說(shuō)明[Z].SIEMENS(CHINA)LT.D.

[3] SINUMERIK 802DSL 功能說(shuō)明書[Z].SIEMENS(CHINA)LT.D.

[4] CNC8055/CNC8055I 安裝手冊(cè)[Z].(M&T)Fagor Automation,S.Coop.