摘要：在SINUMERIK 840Dsl係統中， 由於機械結構的原因
，使用了一個SINAMICS S120驅動器分別驅動三個電機的結構。在使用過程中，由於使用了不同型號的電機、並且使用了絕對值直接測量係統，出現了一些小問題，最終使用了設定點切換功能解決了這些問題。

關鍵詞：西門子840Dsl、設定點切換、S120驅動、單驅動多電機、多組電機參數、多組編碼器參數

一、項目簡介

1.該機床為上海某航天企業委托沈陽機床集團中捷機床有限公司、華(hua)中(zhong)科(ke)技(ji)大(da)學(xue)共(gong)同(tong)研(yan)製(zhi)的(de)一(yi)款(kuan)機(ji)床(chuang)。沈(shen)陽(yang)機(ji)床(chuang)集(ji)團(tuan)目(mu)前(qian)是(shi)國(guo)內(nei)最(zui)大(da)的(de)機(ji)床(chuang)生(sheng)產(chan)商(shang)
，中(zhong)捷(jie)機(ji)床(chuang)有(you)限(xian)公(gong)司(si)是(shi)沈(shen)陽(yang)機(ji)床(chuang)集(ji)團(tuan)下(xia)屬(shu)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)生(sheng)產(chan)企(qi)業(ye)。主(zhu)要(yao)生(sheng)產(chan)各(ge)類(lei)數(shu)控(kong)加(jia)工(gong)中(zhong)心(xin)、包括龍門、落地、立式車床、各類五軸機床等等。華中科技大學在該項目中負責激光部分。

2.該機床是一款高架橋式五軸機床。該機床共配置了三個附件頭
、分別為24000rpm          電主軸附件頭
、40000rpm電主軸附件頭
、激光焊接（切割）附件頭。這三個附件頭分  別用於粗加工、精加工和焊接或切割。

3.由於機床為五軸聯動機床

，故係統選擇了SINUMERIK 840Dsl，大概的配置如下：

NCU：730.3 PN

顯示器：OP 015

操作麵板：MCP 483PN

驅動器：SINAMICS S120

電機：1FT7係列

PLC：ET200係列

手持操作單元：HT2

電主軸：第三方

激光裝置：第三方

二、項目方案係統構成

1.該機床采用高架橋式結構，主要結構如下：

X軸為雙邊驅動、齒輪齒條結構。

Y軸也為齒輪齒條結構。

Z軸為滾珠絲杠。

C軸安裝在滑枕內。

A軸共有三個
、采用和機床分體式結構、可根據不同要求隨時對其自動更換。

主軸也為三個，分別在三個A軸內，分別為24000rpm電主軸、40000rpm電主軸和激光頭。（主軸和A軸共同組成附件頭、故該機床配置了三個附件頭）

因機械結構的原因，三個A軸的電氣接口隻有一套（電機動力線、編碼器線、外接圓光柵線的對接插頭）
，故在方案設計時
，電氣部分也隻使用了一套驅動係統。

2.該機床共有十三個伺服軸、分別為：X1、X11、X2、X21、Y1、Y11
、Z1、A1
、A2、A3、SP1、SP2。其中X軸采用龍門同步功能
，同時單邊的X軸采用了主從功能。Y軸為主從功能。附件頭為分體式結構
，可以自動進行更換，該功能需要係統的PARKING軸功能支持。此外三個附件頭和機床連接後

，可組合成三組五軸結構，故還需要係統支持多組五軸變換功能。三個A軸zhou因yin機ji械xie結jie構gou原yuan因yin
，采cai用yong了le兩liang種zhong電dian機ji，故gu還hai需xu要yao驅qu動dong器qi支zhi持chi多duo組zu參can數shu功gong能neng。在zai激ji光guang頭tou方fang麵mian
，係xi統tong還hai需xu要yao支zhi持chi激ji光guang的de快kuai速su輸shu入ru輸shu出chu信xin號hao及ji相xiang關guan功gong能neng。根gen據ju上shang麵mian機ji床chuang對dui係xi統tong方fang麵mian的de大da概gai要yao求qiu來lai看kan，SINUMERIK 840Dsl是該機床的最佳選擇方案。

3.在電氣設計方案前期
，按照一個A軸（機床軸名）設計，但在調試的過程中，發現三個實際A軸的絕對值圓光柵因安裝位置不同，在生效後的零點是不一致的
，還需要重新調整零點

，給操作帶來了不便。於是最終選擇了三個A軸（機床軸）的設計方案。

三
、控製係統完成的功能

1.該機床的X軸改用了龍門控製功能。利用龍門軸功能，以確保 2 根X軸機械剛性連接，能夠不帶機械位置偏置的同時運動，實現位置同步。在操作和編程中，每對龍門隻作為一個機床軸來應用。

該機床的單側的X軸及Yzhoujuncaiyonglianggedianjikongzhi，weizhuconggongneng。liyongcigongnengkeyijianglianggedianjiqudongtongguojixieouhedaotongyigenzhoushang
，shixianzhucongqudongkongzhi。tongguoshezhixiangyingdejichuangshujutiaozhengzhangjinliju
，baozhengzhudonghecongdongqudongqizhijianheshideliju，bimianliangzudianjigongzuoshidexianghuganrao，baozhengzhudongzhouhecongdongzhouzhijiandezhanglizhuangtai，xiaochujixieshangdechuandongjianxi，dedaojiaohaodeyundongdetexing。

該機床采用了自動更換附件頭的功能，因附件頭上帶有伺服電機、電主軸及編碼器和直接測量係統的圓光柵，故還使用了PARKING軸功能。PARKING軸被稱為閑置軸或駐車軸。也就是說機床在上電的情況下，能對伺服電機的動力線
、編碼器線及直接測量係統的電纜進行插拔，而機床不會出現報警，還能夠正常進行工作。

本機床還應用了SINUMERIK 840Dsl的很多其它功能，如五坐標軸插補、內部驅動變量分析、軟撞塊功能、高速激光開關信號 HSLC

、間隙控製 CLC等功能，由於篇幅的原因，在這裏就不詳細的介紹了。下麵就詳細的介紹一下SINAMICS S120單驅動器驅動多電機上的調試。

2.因附件頭機械結構的限製，三個A軸電機選擇了兩種型號，分別為：

A1軸：1FT70665AF701NG0

A2軸：1FT70665AF701NG0

A3軸：1FT70465AF701NG0

在驅動器選擇上，因附件頭接口隻有一組A軸的接口，故隻選擇了一個軸的驅動器。因此係統要支持一個驅動器能夠驅動不同電機的功能。在PLC的變量中
，DB3X.DBX21.3 / 21.4 為選擇不同電機的接口變量。

不但進過PLC的處理

，驅動器部分還需要做許多配置才能完成該功能。首先在驅動器內要增加MDS組。

在增加MDS的同時，DDS也被同時複製了一組。但由於使用了EnDat絕對值的直接測量係統（絕對值圓光柵）

，都有自身的序列號，因此還要有新的編碼器數據組：即EDS。還需要修改參數：

P0140: 編碼器數據組(EDS) 數量 / EDS 數量

P0141: 編碼器接口( 編碼器模塊) 組件號 / 編碼器接口組件號

P0142: 編碼器組件號 / 編碼器組件號

P0187: 編碼器1 編碼器數據組編號 / 編碼器1 EDS 編號

修改上述參數後

，就可以在不同的MDS組中配置不同的電機和編碼器。

      

經過上麵對驅動的配置和調試，驅動器部分就已經允許單個驅動器驅動不同電機的功能。PLC程序中還需要進行一些調試，大概內容如下：

     L     #axis_number

     L     30

    +I    

     T     #AXIS_DB

     A     #MDS0

     OPN   DB [#AXIS_DB]

     AN    DBX    2.1

     R     DBX   21.0

     R     DBX   21.1

     R     DBX   21.2

     R     DBX   21.3

     R     DBX   21.4

     A     #MDS1

     OPN   DB [#AXIS_DB]

     AN    DBX    2.1

     S     DBX   21.0

     R     DBX   21.1

     R     DBX   21.2

     S     DBX   21.3

     R     DBX   21.4

……     共編製了三組程序。

     在調試初期
，為了NC使參數設置簡便一些
，NC的A軸按照一個機床軸設置的
，但在調試過程中發現，由於使用了絕對值的編碼器，存在下麵兩個問題：

（1）絕對值的編碼器有不同的序列號，如不進行初始化，會出現報警。

（2）不同附件頭生效後，A軸因外接編碼器位置安裝的原因,顯示的坐標軸值不同，需要每次都對零點重新調整。

針對這兩個問題，我們最終選擇了三個A軸的方案，雖然NC參數設置複雜
，但能解決上述的問題。

首先需要在自動更換附加頭的程序中增加如下語句：

$MA_ENC_SERIAL_NUMBER[1,AX4]=0

$MA_ENC_REFP_STATE[1,AX4]=2

$MA_ENC_SERIAL_NUMBER[1,AX10]=0

$MA_ENC_REFP_STATE[1,AX10]=2

$MA_ENC_SERIAL_NUMBER[1,AX11]=0

$MA_ENC_REFP_STATE[1,AX11]=2

這樣就解決了編碼器序列號及回零調整的問題。

  再有我們嚐試用Setpoint Exchange解決一個驅動器驅動多個不同電機的功能。Setpoint Exchange功(gong)能(neng)是(shi)原(yuan)本(ben)是(shi)使(shi)用(yong)一(yi)個(ge)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)不(bu)同(tong)的(de)機(ji)床(chuang)軸(zhou)。在(zai)這(zhe)裏(li)
，使(shi)用(yong)該(gai)功(gong)能(neng)，變(bian)成(cheng)了(le)一(yi)個(ge)驅(qu)動(dong)器(qi)驅(qu)動(dong)多(duo)個(ge)不(bu)同(tong)的(de)電(dian)機(ji)。經(jing)過(guo)調(tiao)試(shi)
，該(gai)功(gong)能(neng)完(wan)全(quan)解(jie)決(jue)了(le)上(shang)述(shu)的(de)問(wen)題(ti)。

因該機床的驅動已經進行了多電機組的配置，故NC部分按照正常機床軸設定即可。隻需要對PLC程序處理即可，PLC程序大致如下：

     OPN   DB [#req_ax_no]

     A     DBX   24.5

     JC    M003

     SET   

     OPN   DB [#ax1_no_t]

     R     DBX   24.5

     OPN   DB [#ax2_no_t]

     R     DBX   24.5

     OPN   DB [#ax3_no_t]

     R     DBX   24.5

     OPN   DB [#req_ax_no]

     SET   

     S     DBX   24.5

M003: NOP   0

     OPN   DB [#req_ax_no]

     A     DBX   24.5

     JCN   M002

     A     DBX   96.5

     AN    DBX   61.3

     JCN   M002

     SET   

     R     #ax1_req

     R     #ax2_req

     R     #ax3_req

     S     #set_ch_finish

     L     #req_ax_no

     L     30

     -I    

     T     #act_ax_no

這些問題解決後，新的問題又出現了。即三個A軸如何和C軸及X\Y\Z組成五軸坐標變換的組合。SINUMERIK 840Dsl隻提供了兩組五軸變換功能的設置。於是通過NC程序對五軸變換的相關參數進行修改，就可以設置三組五軸變換
，相關參數如下：

24110[4]:$MC_TRAFO_AXES_IN_1

24500[0][1][2]:$MC_TRAFO5_PART_OFFSET_1

24550[0][1][2]: $MC_TRAFO5_BASE_TOOL_1

24560[0][1][2]: $MC_TRAFO5_JOINT_OFFSET_1

經過上麵的調試，該機床的功能基本完備，滿足了機床的設計要求。

四、項目運行

   該機床已於2015年5月交付用戶使用，目前機床運行穩定
，得到了用戶的認可和好評。

五、應用體會

在機床調試過程中
，雖然遇到了一些問題

，但SINUMERIK 840Dsl總是能夠提供多種解決方案。如SINAMICS S120能夠提供多組電機數據
、編碼器數據。應用Setpoint Exchange功能解決單個驅動器驅動不同電機的問題。通過對NC參數的讀寫功能實現多組五軸變換功能。就已多組五軸變換為例
，SINUMERIK 840Dsl還有一種解決方案
，就是設置多個通道。SINUMERIK 840Dsl在每個通道內便有兩組五軸變換
，同樣能滿足多組五軸變換的需求。

綜上所述，SINUMERIK 840Dsl不愧為當今世界上功能最為強大的數控係統。

六、參考文獻

SINUMERIK 840Dsl / 828D Extended Functions

SINUMERIK 840Dsl / 828D Special functions

MSD Umschaltung mit Motorengleicher oder unterschiedlicher

Polpaarzahl(德文)