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1、数控系统与伺服控制的研究与应用摘 要： 一般来说， 数控系统和伺服系统都使用同一厂家的产品来配置，这样的好处是配套性好，各项功能参数出厂设置匹配度较高，各种接口电缆都是标准的，使用起来相对方便，调试也简单，也有标准化的售后技术服务，省去了使用客户的不少麻烦。 但有些情况需要用不同厂家的数控系统与伺服系统来进行配置，比如设备改造，成本控制，PLC控制伺服的专机改造等因素。 因此本文主要针对这类情况的配置调试进行了相关的技术研究和探讨。关键词： 设备改造 PLC 数控系统 数字伺服1 . 前言近几年，数控技术的发展是日新月异，变化惊人的，各种品牌的数控产品也层出不穷， 从目前的国际市场来看， 以发
2、那科和西门子两家的数控系统作为数控机床核心的产品占了75%， 而从国内市场来看，以这两家的数控系统作为数控机床核心的产品也占了50%，其余部分主要由国产数控系统占据，主要以广州数控，华中数控等为主。进口数控产品质量虽然很好， 但价格相对来说较贵， 而国产数控产品虽然功能上与国际主流数控产品有着一定的差距，但是其价格要便宜得多，而且国产数控产品的功能要求已基本能满足中小型企业的需求，因此得到了国内很多客户的青睐。 我们通过利用设备改造， 使用其他相对合理的数控产品来控制保留在原先设备上的伺服驱动， 或者说用 原先设备上的数控系统来控制改换的伺服驱动，这样一来就可以省去 很多不必要的经济开支，降低
3、了成本，而且功能也达到了要求。2 .数控系统的基本概念与理论数控技术，简称数控(Numerical Control NC),是利用数字 化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。 由于现代数控都 采用了计算机进行控制，因此，也可以称为计算机数控(Computerized Numerical control CNC )。为了对机械运动及加工过程进行数字化信息控制，必须具备相应的硬件和软件。用来实现数字化信息控制的硬件和软件的整体称为数 控系统(Numerical control system ),数控系统的核心是数控装置(Numerical Controller )。数控系统是所有数控设备的
4、核心。数控系统的主要控制对象是坐 标轴的位移(包括移；速度、方向、位置等)，其控制信息主要来源 于数控加工或运动控制程序。因此，作为数控统的最基本组成应包括： 程序的输入/输出装置、数控装置、伺服驱动这三部分。加工程修输入 输出 装 置数挖装S辅助控制装置伺服集动L反，装置广机床不体图2-1数控机床的组成3 .伺服系统的基本概念与控制原理伺服系统（servo system ）亦称随动系统，属于自动控制系统的 一种，它用来控制被控对象的转角（或位移），使其能自动地、连续 地、精确地复规输入指令的变化规律。 它通常是具有负反馈的闭环控 制系统，有的场合也可以用开环控制来实现其功能。全数字伺服一般采
5、用位置控制、速度控制和力矩控制的三环结构。 系统硬件大致由以下几部分组成：电源单元；功率逆变和保护单元； 检测器单元；数字控制器单元；接口单元。相对应伺服系统由外到内 的“位置”、“速度”、“转矩”三个闭环，伺服系统一般分为三种控制 方式。在使用位置控制方式时，伺服完成所有的三个闭环的控制。在 使用速度控制方式时，伺服完成速度和扭矩（电流）两个闭环的控制。 一般来讲，我们需要位置控制的系统，既可以使用伺服的位置控制方 式，也可以使用速度控制方式，只是上位机的处理不同。而扭矩控制 方式时伺服系统只进行扭矩的闭环控制， 即电流控制，只需要发送给 伺服单元一个目标扭矩值，多用在单一的扭矩控制场合。如
6、图 2-1为 伺服控制的原理图：图3-1伺服控制原理4 .数控系统控制伺服驱动的方式与调试方法数控系统控制伺服驱动其实并不复杂，只要熟悉清楚其内部信号 的含义，并使两者的定义的指令信号和位置反馈等信号相匹配，再通过对数控系统和数字伺服中相关参数的设定就能达到控制的目的。目前市场上主流数控产品均可控制大部分的驱动产品，如SIEMENSFANUC?。下面以我厂日本铳床改造中，使用华中 HNC-21M疏统和 安川SGD原列驱动为例来具体说明。HNC-21数控装置提供了三类轴控制接口：串行接口，脉冲接口， 模拟接口，可与目前流行的大多数驱动装备连接。 首先我们需要了解 下华中HNC-21M康统的指令接
7、口定义，HNC-21M胰用的是脉冲接口， 如图所示：XS30X533 （DB15头孔座针）8:DIR- 71 CF- 6:0LTA4:+5V3:2+ 2:B+ 1:A+15:DIR+14:CP-13:GND12:+5VU：Z-10 ：B-9 : A-信心北说明A+. A-编码器A相位反馈信号B+、B-编码器B相位信反馈信号Z+* Z-编码器工咏冲反馈信号-5V, GNDDC5V电源OUTA模拟指令输出 （-20mA十20mA）CP十，CP-指令脉冲输出相）DIR+. DIR-指令方向输出相）注：OUTA模拟指令信号在HNC-21 QD型号中无效。图4-1 HNC-21M。旨令接口定义其中6号脚
8、OUTA模拟指令输出）在HNC-21MD中是无效的。CP卡CP- DIR+、DIR-为轴控制接口中的指令输出信号，A+、A-、B+、B-为编码 器A、可目位的反馈输入信号，Z+、Z-为编码器Z脉冲（即零脉冲）反 馈输入信号。数控装置通过发出CN始令信号传达给伺服驱动装置，然后伺服驱动装置通过接收这些指令来控制伺服电机的运转，靠电机 编码器的反馈信号来告知数控装置目前的位置和速度， 这样就形成了 一个闭环的控制。其次我们只需要把这些指令和反馈信号连接到安JI SGDB动器上 对应的指令输入及反馈输出的信号接口上就可以了 （需根据接口定义 自制指令电缆），如图所示：XS30XS339HNC-21二
9、 5SR- 1101-*-7+I.jr7-1 CP-DIR-vDJR-1 +J_IX212.SLL翰入开美W15米屏做层FULSDC24V T 掷地：424340SO293G31+24V p-or y-or s-ox SRV-W- SRV-RDY+ ALit- ALM-S 11 12S3 34 35 36 19 20 ；。伺服驱动器安川p耻 *PB0 FCQ*PC0 SGSIG?：*S3FA0*PAQ使能继电器付服准甚好*注伺服报警1CNPEPE伺服强电何版电源AC 3P380/200电机电源编码器反循伺服电机安川 SGMG-3OA2ABG1ENU无键图4-2 HNC-21M由安川SGDB动的
10、连接其中当使用多个伺服驱动器时，通常将各伺服驱动器的SRV-RDY-SRV-RDY+尾串起来通过一个中间继电器作为 伺服准备好信号提供给系统或其他电路使用，注意：不能作为伺服使能条件；将各伺服驱动器的ALM- ALM+T尾串起来通过一个中间继电器作为伺服报警 信号提供给系统或其他电路使用。连接好所有的电路以后，接下来就到了调试的阶段了。由于该设备在改造前使用的是FANUC 6系统，是一款很老的数控产品，备配件已购买不到， 其采用的是速度 （模拟量） 控制方式， 而华中的 HNC-21MD 是位置（数字量）控制方式，与安川SGDB先的控制方式不能匹配，因此下一步我们需要对安川SGDB动器进行参数
11、修改，使其工作在位 置控制的模式下。首先，我们通过SigmaWin啾件（可从安川官网下载）由PC!接到 安川SGDB动器上进行通讯。进入软件后选择伺服驱动器的型号，之后软件会显示一个参数列表，找到参数Cn-2B： Control methodselection （即控制方式选择） ，把 0改为 1 ， 注： 0：速度控制方式1 ：位置控制方式2 ：扭矩控制方式确定好控制方式好以后，再找到Cn-02号参数Reference Pulse form（参考脉冲形式）的Bit3、Bit4、Bit5位，有五种参考脉冲形式选 择：Bit5 Bit4 Bit3 Reference Pulse form0 0
12、0 :Sign + Pulse0 0 1 :CW + CCW0 1 0 :A-phase + B-phase（x1 multiplication）0 1 1:A-phase + B-phase（x2 multiplication）1 0 0 :A-phase + B-phase(x4 multiplication)这里我们选择Sign + Pulse （脉冲加方向）的形式，而在华中HNC-21MD数控装置中通过修改硬件配置参数，可以将脉冲输出形式设定为脉冲加方向，双脉冲，两相正交三种模式。如图：CPDIR模式一脓冲方向模式二正脉冲负向脉冲模式三A相B相图4-3脉冲形式选择这里我们为与安JI驱动
13、器所设参数进行匹配， 所以选择模式一：脉冲 加方向的形式。之后再设定 Cn-11（Number of encoder pulses） 参数 与Cn-0A （PG dividing ratio ）参数为8192 P/R （安川伺服电机每转 脉冲数），同时在HNC-21MD统中也需要把相应的编码器脉冲数改为8192 P/R,若该两项参数设定不一致会导致丢脉冲现象并发生跟踪误 差太大的报警，其次再根据机床实际情况设定好电子齿轮比等其他常 规参数之后，在系统设置界面里显示机床实际坐标值，与机床指令坐标值进行对比，准确无误后轴的基本运行调试就完成了。同样的道理，如果是使用速度控制的方式也是大致按照此流程
14、来做（根据客户购买的数控产品类型来选择），只是指令输出接线部分 需要使用模拟量OUT船信号，驱动器参数需修改为速度控制方式以及 其他相关的主要参数就可以了。5 .结束语目前市场上的大部分数控产品和驱动产品都无非是采用这三种控制方式， 因此只要懂得数控系统与伺服驱动的控制原理与方法就可以 灵活地根据设备的实际情况进行选择配置， 这样做的好处是可以把一些正常的、 闲置的数控或驱动产品真正地利用起来， 一方面起到了节约资金、降低成本的作用，另一方面设备也能达到良好的效果。6 . 参考文献1 世纪星数控装置连接说明书 武汉华中数控股份有限公司2 E Series SGM 口/SGDB USER S MANUAL YASKAWA ELECTRICCORPORATION