参数设置和监控功能

参数设置和监控功能  
参数设置与监控功能
（1）给定值与设定值
840D/810D需要配置给定值和实际值的逻辑驱动号，对每个轴/主轴都要定义一个给定值通道（MD 30110=逻辑驱动号）和至少一个实际值通道（MD 30220[0]=逻辑驱动号）以构成位置测量系统。一个第2 位置测量系统（MD 30220[1]=逻辑驱动号）可作为选项。对于驱动控制电机测量系统总是要使用的，通过MD 来定义电机测量系统的连接。电机和电机测量系统的连接存在以下固定规则：电机与其测量系统必须连接到同一模块。电机测量系统X411用于速度控制功能。图5-11所示为给定值通道与实际值通道的配置框图。

图5-11  给定值通道与实际值通道的配置框图
? 给定值分配：MD 30110 CTRLOUT_MODULE_NR 给定值分配到驱动逻辑号（同样对模拟轴有效）；
? 给定值类型： MD 30130 CTRLOUT_TYPE ：1 给定值输出；0 模拟；
? 测量系统数：MD 30200 NUM_ENCS： 1 一个位置测量系统； 2 两个位置测量系统；选择测量系统1或2是通过接口信号 DB31.DBX1.5 / 1.6来实现的。
? 下标[n]：测量系统机床数据带有一个下标 [0]或 [1]。 [0] 值用于第1测量系统；[1] 值用于第2测量系统；
? 实际值分配：MD 30220 ENC_MODULE_NR[n] 实际值分配到驱动逻辑号（同样对模拟轴）。
? 实际值输入：MD 30230 ENC_INPUT_NR[0] 实际值输入到驱动模块（上部输入为1，下部输入为2）。
? 编码器类型：MD 30240 ENC_TYPE[n]：1 增量测量系统；4 绝对测量系统；0 模拟；
? 实际值极性：MD 32110 ENC_FEEDBACK_POL [n]： 0/1 默认；-1 变极性；
? 运动方向：MD 32100 AX_MOTION_DIR：0/1 默认值；-1 反方向。
如果轴/主轴要在启动时保持暂时不激活状态，则MD 30240: ENC_TYPE和MD 30130 CTRLOUT_TYPE必须设置为 “0”，并且功率单元设置为“passive”。
（2）测量系统设定
在数控系统中，NCK发出指令让机械移动一定的距离，比如NCK要求控制工作台走10mm，但是工作台是由电机通过丝杠来传动控制的，如图5-12所示。NCK是控制电机的旋转转数，从而实现控制要求。

图5-12  数控系统控制示意图
如果传动装置的传动比是1：1的，那么NCK发出指令让电机旋转1圈，丝杠也旋转1圈，工作台移动10mm。如果传动装置的传动比不是1：1（比如是1：3的），那么要让丝杠旋转1圈，工作台移动10mm，此时，电机就不能只旋转1圈，NCK必须让电机旋转3圈，才能够正好实现控制要求。这就是测量系统的设定，也就是传动比的匹配，图5-13所示为测量系统设置的相关MD。

图5-13  测量系统设置的相关MD
? 线性测量尺：MD 31000 ENC_IS_LINEAR [n]：1 用于位置实际值检测的编码器为线性的；0：用于位置实际值检测的编码器为旋转式。
? 直接位置测量系统：MD 31040 ENC_IS_DIRECT [n]：1 用于位置实际值检测编码器直接安装在机床上；0 用于位置实际值检测编码器安装在电机上。
? 编码器刻线数：MD 31020 ENC_RESOL [n]：旋转测量系统编码器每转的刻线数。电机测量系统的编码器为每转2048。
? 栅格间距：MD 31010: ENC_GRID_POINT_DIST：线性测量系统的栅格间距，单位为mm。
? 丝杠螺距：MD 31030 LEADSCREW_PITCH：丝杠螺距。
? 传动/电机/负载：负载传动的分子M D 31060 DRIVE_AX_RATIO_NUMERA [n]；负载传动的分母MD 31050 DRIVE_AX_RATIO_DENOM [n]
? 传动/电机/测量系统：测量系统的分子MD 31080 DRIVE_ENC_RATIO_NUMERA [n]；齿轮箱的分母MD 31070 DRIVE_ENC_RATIO_DENOM [n]
下标[n]：测量系统机床数据带有一个下标 [0]或 [1]。[0] 值用于第1测量系统；[1] 值用于第2测量系统。
（3）测量系统监控
系统的编码器监控功能，主要监测编码器的工作频率和零脉冲信号。
零点监控：通过MD 36310: ENC_ZERO_MONITORING > 0，零点监控被激活。该数值是指允许丢失的脉冲数。出错时会引起报警显示“25020 Axis [Name] Zero point monitoring”，并且使轴按制动特性斜率（MD36610）停止。请注意：MD 36310 = 100 对编码器的硬件监控被取消。丢失零脉冲信号的原因有可能是MD 36300: ENC_FREQ_LIMIT (编码器极限频率)设置过高，或编码其本身损坏或断线。
编码器切换允差：在切换过程中，位置实际值的差被监视，若这个差大于MD 36500: ENC_CHANGE_TOL中的值，便会输入报警“25100 Axis %1 Measuring system switchover not possible”且切换被禁止。
编码器极限频率：MD 36300: ENC_FREQ_LIMIT (编码器极限频率)，用MD36300种的频率值作为监控值，若超出，则输出报警“21610 Channel [Name] Axis [Name] Encoder frequency exceeded”且轴被停止。便会失去机床和控制系统之间对参考点的位置同步性， 因此也不可能进行正确的位置控制，这个状态将被报告给 PLC。只要接通编码器，编码器极限频率监控就一直生效，该功能适用于进给轴和主轴。机床与控制系统之间的位置不能同步，无法进行正确的位置控制，轴停止后必须重新返回参考点，才能够执行零件程序。
出现测量系统监控报警可以重点查看以下原因：
● MD36300 ENC_FREQ_LIMIT （编码器极限频率）设置的过高。
● 编码器电缆损坏
● 编码器或编码器电子元件损坏
（4）速度监控
系统的速度监控包括零速监控、速度设定值监控和速度实际值监控，图5-14所示为速度监控的示意图。

图5-14  速度监控的示意图
有如下速度要定义：
? MD 32000: MAX_AX_VELO (轴的最高速 G0)
? MD 32010: JOG_VELO_RAPID (JOG方式下快速运行的速度)
? MD 32020: JOG_VELO (JOG方式下的速度)
对于轴的驱动，当轴达到 MAX_AX_VELO (MD 32000) 的速度时，电机的速度被输入到 MD 1401中。
零速监控：系统在程序段结束或者位置控制结束时监测轴的速度是否为零速（指轴进入了零速公差带），MD36040规定了零速控制延迟时间，MD36030设置了零速公差带。在零速监控延迟时间内，坐标轴没有到达规定的零速公差带，将会发生25040号报警，零速监控报警，产生的原因主要是：位置控制伺服增益过高或者零速公差MD36030设置太小。
速度给定值监控：MD 36210 CTRLOUT_LIMIT（以百分比表示的最大速度给定值），100%表示对模拟接口10V对应的最大速度给定值。当极限超出时，报警“25060 Axis %1Speed setpoint limitation”被触发，轴停止。MD 36220 CTRLOUT_LIMIT_TIME（延迟时间，速度给定监控)，该MD定义了速度给定值可以超过MD36210的值而触发监控之前所用的时间。达到此极限会引起轮廓误差。
出现速度给定值监控误差原因主要有：
● 存在测量回路或驱动故障。
● 设定的设定值过高(加速度、速度、降低系数)
● 工作区域中有障碍物(如接触到工作台)
● 未对模拟主轴正确进行测速发电机调节或存在测量回路误差或驱动器误差。
实际速度监控：实际速度监控功能，监控实际速度是否超过在 MD36200 AX_VELO_LIMIT [n] （速度监控阈 值）里给出的极限值。实际速度监控始终适用于进给轴和主轴。MD 36200 AX_VELO_LIMIT (实际速度监控的门限值)，当门限值超出时，触发报警“25030 Actual speed alarm limit”同时轴被停止。
出现速度实际值监控误差，采取的措施有：
● 检查实际值
● 检查位置控制方向
● 检查 MD36200 AX_VELO_LIMIT（速度监控阈值）
● 对于模拟主轴，检查速度给定值电缆
轮廓监控：轮廓监控功能的原理是测量的实际位置值和从NC 位置给定值计算出的实际位置值进行的比较。 为了提前计算出跟随误差，应使用一个模型来模拟包括前馈控制的位置控制的动态特性。
为了使得监控系统在转速轻微变化时不作出响应(由于负载变化而导致的速度变化)，允许使用公差带用于轮廓偏差范围。如果超出了 MD36400 CONTOUR_TOL (轮廓监控公差带)中定义的允许的实际值偏差，则输出报警，进给轴停止。轮廓监控适用于进给轴和位置控制的主轴。在位控运行下轮廓监控总是有效的 。
如果轮廓误差过大，当超出允差带时，会触发报警“25050 Axis [Name] Contour  monitoring” 同时轴会根据当前设定的制动斜度而制动。
出现轮廓监控报警时可以采取如下措施：
● 增加 MD36400 中定义的监控功能的公差范围值。
● 实际的“Kv 系数”必须和通过
MD32200 POSCTRL_GAIN (Kv 系数)设置的期望 Kv 系数一致。在模拟主轴上：检查
MD32260 RATED_VELO（给定电机转速）和MD32250 RATED_OUTVAL （给定输出电压）。
● 检查转速控制器的优化
● 检查轴的运行的灵活性（机械原因）
● 检查用于运行的机床数据   (进给修调，加速度，最大速度等)。
（5）极限监控
   系统提供的极限监控有：工作区域的限制、软限位、硬件限位、急停开关以及机械极限位置，如图5-15所示。

图5-15  系统提供的极限监控
硬限位开关：对每个轴都可以实现通过PLC接口的监控（接口信号“硬限位开关负/正”DB31.DBX12.0 /12.1）当轴到达限位开关时就被停止。制动特性由MD36600设定。MD 36600: BRAKE_MODE_CHOICE (到达硬限位开关的制动特性)，1  快速停且给定值为“0”；0 维持制动曲线；报警“21614 Channel [Name1] Axis [Name2] Hardware end switch [+/–]”。图5-16介绍了一个简单的硬件限位测试实例。

图5-16  一个简单的硬件限位测试实例
软限位开关：MD 36100: POS_LIMIT_MINUS （第1软限位开关负）
              MD 36110: POS_LIMIT_PLUS  （第1软限位开关正）
               MD 36120: POS_LIMIT_MINUS2（第2软限位开关负）
               MD 36130: POS_LIMIT_PLUS2  （第2软限位开关正）
软限位开关有效的选择由PLC实现（接口信号“第2软限位开关负/正”DB31.DBX12.2 / DBX12.3 ）
监控功能在实行了PRESET之后不再有效。报警“10620 / 10621 / 10720 Channel [Name1] Block [Nr.] Axis [Name2]  erreicht / steht auf / programm. End  point is behind software end switch +/-”
加工区域限制——设定数据：对于几何轴，可通过设定数据设置并激活加工区域限制（操作区域“Parameter”, SK “Settingdata“, SK “wroking area limitation“）。监控功能在参考点返回之后生效。
加工区域限制——零件程序：对于几何轴，可通过G25/G26设置零件程序的加工区域限制。报警“10630 / 10631 / 10730 Channel [Name1] Block [Nr.] Axis [Name2] erreicht / steht auf / programmed endpoint is behind work field limitation. +/-”
（6）误差监控
在定位过程中，对于轴是否到达定位的区间（准确停止）以及一个轴是否在无运动指令时偏离出一定的允差范围（静止监控，夹紧误差）是有监控的，如图5-17所示。
定位监控：为了确保轴在预定的时间内到达指定点，在一个程序段运行结束后(到达给定值位置)启动MD 36020 POSITIONING_TIME(精准停延迟)里设定的时间，并在这一时间运行结束后检查轴是否到达设定点允许的误差范围内，此误差在 MD 36010 STOP_LIMIT_FINE(精准停)中定义。定位监控始终在动作程序结束后生效(到达给定值位置)。定位监控适用于进给轴和一个位置控制的主轴。
在到达给定的位置时，经过此延时后，实际位置值必须达到“精准确停止”的允差范围内。在此时间内，没有达到准确停止精的允差范围，便输出一个报警“25080 Axis [Name] Positioning monitoring ”。
出现定位误差原因/误差消除：
● 位置控制增益系数太小 --> 改变位置控制增益系数机床数据MD32200 POSCTRL_GAIN (Kv 系数)；
● 定位窗口（精准停）、定位监控时间和位置控制增益彼此不匹配 --> 修改机床数据：
MD36010 STOP_LIMIT_FINE （精准停），MD36020 POSITIONING_TIME （精准停延迟时间），MD32200 POSCTRL_GAIN （Kv 系数）。

图5-17  误差监控
准确停止粗调：MD 36000 STOP_LIMIT_COARSE，接口信号“Position reached with exact hold coarse”(DB31，... DBX60.6)；
准确停止精调：MD 36010 STOP_LIMIT_FINE，接口信号“Position reached with exact hold fine”(DB31，... DBX60.7)；
准确停止精调延时：MD 36020 POSITIONING_TIME
零速监控：结束一个运行程序段后(已到达位置给定值)，将监控在设定的延迟时间（MD36040 STANDSTILL_DELAY_TIME 零速监控的延迟时间）经过后，进给轴位置与设定位置的距离是否位于 MD36030 STANDSTILL_POS_TOL(零速公差)的范围之内。其他情况下会引发一个报警信号。零速监控在“零速监控延迟时间”结束后始终有效，只要没有有效的新的进给命令。零速监控适用于进给轴和一个位置控制主轴。
静止误差：MD 36030 STANDSTILL_POS_TOL；一个停止的轴不能超过的位置误差，若超出此误差范围，则输出报警“25040 Axis [Name] Standstill monitoring”
静止监控延时：MD 36040 STANDSTILL_DELAY_TIME；在到达给定的位置时，经过此延时之后，实际位置值达到“静止误差”的范围内。若位置误差没有达到上述范围内，则输出报警“25040 Axis [Name] Standstill monitoring”。
误差原因/误差消除：
● 位置控制增益过大(调节回路振荡) --> 改变控制器增益的机床数据 MD32200 POSCTRL_GAIN (KV-系数)；
● 零速窗口过小 --> 改变机床数据MD36030 STANDSTILL_POS_TOL(零速公差)；
● 进给轴由于机械原因偏离自己的位置 --> 排除故障。
夹紧监控：如果定位结束后需要将轴夹紧，可以用接口信号“夹紧监控运行”实现夹紧监控功能。夹紧监控很必要，因为在夹紧过程中，轴可能被压到离给定点距离超过零速公差的地方。在 MD36050 CLAMP_POS_TOL(用于接口信号“夹紧监控运行”的夹紧公差) 里给出了偏离给定点的距离值。
夹紧误差：MD 36050 CLAMP_POS_TOL (夹紧误差) 当PLC接口信号“夹紧在处理中”（DB31，... DBX2.3）激活时，此位置误差被监控。当此误差超出时，便输出报警“26000 Axis [Name] Clamping monitoring”。
通过接口信号“夹紧监控运行”来激活夹紧位置监控功能。 在夹紧过程中，夹紧监控取代了零速监控。夹紧位置监控适用于进给轴和一个位置控制主轴。
（7）监控类报警故障实例
监控类的故障：一种是由于数控装置发出伺服轴的运动指令之后，伺服轴没有运动或者运动过慢，或者伺服轴已经运动，但是数控装置没有得到移动的反馈。另一种可能是由于数控装置没有发出轴运动的指令，但伺服轴却自己运动。
出现这个报警的原因可能是伺服电机损坏，光栅尺、编码器、伺服装置或者机械传动出现问题。列出几个例子：
? Z轴作垂直方向运动，为了防止断电后Z轴由于重力原因下滑，采用带有机械抱闸伺服电机。系统断电后，抱闸起作用，通电时，在伺服系统准备好后，抱闸打开，由伺服系统控制Z轴电机运行。如果急停开关打开后，抱闸则得电失去作用，此时如果伺服系统还没有准备好，Z轴由于重力下滑，这时会引起监控故障的报警。
? 进给轴通过的丝杠由于润滑不良，或者由于进入铁屑，导致阻碍轴的运行（有可能慢速运行的时候不会出现故障报警，而快速运行时阻碍轴运行），此时轴的运行受到反方向的弹力，这时会引起轴的监控故障报警。
? 如果编码器损坏，有可能会造成进给轴的飞车，并且出现监控类的报警。可以用手抡慢慢的移动出现故障的这个轴，查看该轴的坐标显示变化情况。然后根据出现的报警情况，检查是否由于轴模块的控制板故障，还是由于编码器断线，或者编码器本身出现故障。
? 如果轴模块的控制板出现故障，那么插补器发出运动指令信号后，没有让相应的轴动起来，这样的话也就没有位置的反馈信息，也会由于跟随误差增大而导致监控类的报警。
? 如果编码器的脉冲丢失，会导致轴的实际移动位置和该轴在OP上显示的数值不同（实际位置超前），因此工件的进给会过大，可能会导致工件与刀具相撞，并导致跟随误差过大而产生监控类报警。
? 反馈测量系统电缆插头接触不良，有可能会导致轴运行起来一顿一顿的，并且坐标数值也时快时慢的变化，并产生监控故障报警。
? 如果伺服控制模块损坏，也许会导致坐标轴实际上不运行，并且导致监控类报警。
? 机床开机 加工8个小时左右就出现轮廓监控。经常性出现X轴轮廓监控报警，偶尔出现Z、Y 轴  。更换一块新的611U电源模块还是这样。电压407V 左右波动。首先检查一下负载情况、机械润滑等问题，一一排除；接下来：如果这种只是偶尔出现的话，建议可以适当把MD36400 参数放大点；如果在停止刹车时才出现可以适当提高增益MD32200；如果还不行，可以适当降低加速度MD32300；位置检测元件异常未跟上负载也会出现，如果是半闭环，一般不存在这种情况。
? Y轴立柱在前后移动过程中出现微微震动，在导轨的后二分之一处不振动也不报警，前二分之一段震动比较明显，只要一震动机床就报警，检查Y轴允许偏差MD36400为0.02MM，应该属于正常。检查原因，是由于电机和丝杆连接处轴承座有点间隙，但不是非常明显，现调节间隙后没报过警。
产生F300512报警的原因"Plausibility monitoring responded"。有两个保护功能将可能会触发F300512报警：（1）Encoder plausibility monitoring (06.06.06 or later)，这个功能必须通过MD 1011 [Bit 10]来激活。转子当前的位置以及位置信息通过编码器读出来，读出的信息经过比较，如果偏差大于45deg，则会出现报警。此时，可以检查编码器是否有沾污、安装是否正确、编码器线缆是否正常。（2）Direction monitoring of the axis movement (06.08.19 or later)，这个功能默认是激活的。负载有振荡时，可以把监控延时增加一点。另外，也要检查编码器的安装、沾污、电缆、脉冲丢失。