程序设计的要求及优化建议

1.驱动器控制要求

SIEMENS公司的交流伺服/主轴驱动器一般为模块化结构，驱动器由电源模块、伺服模块和主轴模块等组成。电源模块用来产生伺服/主轴模块逆变主回路的直流母线电压，伺服/主轴模块用来控制伺服/主轴电动机的转速、转矩和电流。

SIEMENS驱动器的电源模块主电压一般为三相AC380/400V，直流主回路采用的是减压起动（又称预充电）、PWM全控整流方式，模块对主电源的通断控制有规定的要求。在传统的SIMODRIVE 611A/D/U/UE等驱动器中，电源模块的通断，一般需要通过PLC程序的控制，按图6.1-1所示的要求，通断控制信号如下。

图6.1-1 主电源的通断控制要求

1）主电源通断。SIEMENS驱动器的三相AC380/400V主电源通断，由电源模块内部的主接触器MS、MS1进行控制。主接触器通断控制端（Contactor Control）为48，当该信号接通时，减压起动接触器MS1和主接触器MS接通允许。此时，如加入电源模块脉冲使能信号63，PWM整流回路将在内部电路的控制下，首先接通减压起动（预充电）接触器MS1，使直流母线预充电。然后，通过内部规定的延时，接通主接触器MS，使直流母线达到额定电压。主接触器通断控制端48一旦断开，接触器MS1、MS将无条件断开，整流电路和主电源隔离。主接触器接通是产生直流母线电压的前提条件。因此，起动驱动器时，应首先加入控制信号48；正常关闭驱动器时，信号48应最后断开。

2）脉冲使能。电源模块的脉冲使能（Pulse Enable）控制端63用来使能/禁止整流回路的PWM脉冲。当主接触器通断控制信号48接通时，如加入脉冲使能信号63，整流回路将在PWM电路的控制下，完成直流母线预充电和起动过程，并可对直流母线电压进行自动调整。PWM脉冲是控制整流回路功率管开/关工作的信号，PWM脉冲如果被禁止，整流管将被无条件关闭，伺服和主轴电动机将以最大电流紧急制动。此时，即使主接触器通断控制信号48接通，也不能输出直流母线电压。电源模块的脉冲使能信号具有最高优先级，它通常用于驱动器的急停控制。因此，驱动器起动时，该信号应在信号48接通后首先加入；驱动器正常关闭时，则应提前于控制信号48断开。

3）控制使能。电源模块的控制使能（Control Enable）端64是所有伺服/主轴驱动模块的公共控制端，控制使能信号64一旦被撤销，驱动器所有伺服/主轴模块的速度给定将被直接置0，伺服/主轴电动机可按照正常的加减速参数减速停止。电源模块控制使能信号是驱动器的起动和关闭所有伺服/主轴驱动模块的公共控制信号，驱动器起动时应最后加入；驱动器关闭时应首先断开。

在SIEMENS最新的SINAMICS S120系列驱动器上，为了简化控制电路，驱动器的电源模块只使用驱动器急停控制信号EPM，该信号的作用与电源模块脉冲使能端63类似。

2.控制电路与改进

在802S/C/D模板程序中，驱动器电源通断和CNC急停控制使用的是共同的子程序SBR33（EMG_STOP），并推荐了图6.1-2所示的电源模块控制信号连接电路。

图6.1-2 电源模块控制信号连接电路

图6.1-2中的电源模块输出端72为驱动器“准备好（Ready）”信号，当驱动器主电源接通、正常起动过程结束后，如驱动器无故障，其输出触点将被接通；如果驱动器出现报警，触点将断开。电源模块输出端52为驱动器过热（I²t）信号，驱动器正常工作时触点断开；当驱动器长时间过电流或电动机过热，输出触点将接通。驱动器的准备好信号和过热信号需要连接到PLC的输入端，作为驱动器的控制条件。

需要注意的是，图6.1-2所示的电源模块控制信号连接电路只是供用户参考的原理性电路，子程序SBR33（EMG_STOP）也只是为了满足最低控制要求所设计的程序，它们并没有考虑机电设备安全标准（ISO 13849）对紧急分断（急停）电路的设计要求。因此，在需要贯彻机电设备安全标准的数控机床上，建议使用图6.1-3所示的安全电路，并对子程序SBR33进行相应的修改。

图6.1-3 电源模块信号安全电路(www.xing528.com)

ISO 13849安全标准规定：机电设备用于紧急分断（急停）的操作器件（如急停按钮等），必须采用冗余控制的安全电路，并使用符合安全标准的安全电器；紧急分断必须通过满足强制执行条件的电磁执行元件（如安全继电器、接触器等）进行控制，不允许仅仅通过PLC程序的控制实现。

因此，在图6.1-3所示的电路中，用于驱动器急停控制的脉冲使能控制端63，在PLC输出触点中串联了来自安全电路的紧急分断安全触点K1；用于电源模块主接触器控制的控制端48上，则串联了来自安全电路的延时分断安全触点K1。同时，PLC的急停输入I0.7也需要使用来自安全电路的紧急分断安全触点K1进行控制。

以上电路在机床紧急分断时，可通过安全触点K1直接分断驱动器的脉冲使能控制端63，使驱动器进入急停状态。然后，利用紧急分断电路延时断开的安全触点，断开主接触器控制端48。机电设备的电气控制系统安全电路设计有规定的要求，图中的安全触点K1应由符合ISO 13849标准的紧急分断安全电路输出，有关内容可参见《数控机床电气设计典例》一书。

3.PLC程序设计要求

驱动器控制PLC程序的设计同样需要考虑CNC基本控制和通道控制要求。如果使用SI-EMENS模板程序，还需要综合考虑CNC用户数据设定、I/O初始化子程序处理和子程序输入变量的赋值要求。802S/C/D与驱动器控制相关的信号以及它们在PLC程序中的编程地址、作用与功能如表6.1-1所示。

表6.1-1 802 S/C/D与驱动器通断控制相关的接口信号表

4.局部变量定义

为了提高程序设计速度，驱动器控制子程序可以在SIEMENS公司所提供的子程序SBR33（EMG_STOP）基础上进行修改和完善，子程序SBR33使用的局部变量以及使用模板程序时的变量赋值要求如表6.1-2所示，用户程序设计时可继续使用。

表6.1-2 SBR33局部变量一览表

表中的局部变量LW4为SBR33内部变量（TEMP）；子程序输入变量（IN）和输出变量（OUT）在调用子程序时需要定义相应的输入和输出。此外，子程序SBR33需要占用1字节PLC的标志寄存器MB119和计数器C31，用户其他程序设计时不能再使用标志寄存器MB119和计数器C31。

在模板程序中，子程序SBR33中的局部变量L2.1为驱动器起动输入，其状态使用的是机床I/O设定子程序SBR62（FILTER）中的输出M104.5（EN_KEYm），该信号在SBR62中的处理程序如图6.1-4所示。

图6.1-4 驱动器起动键的处理程序

程序中的V10000000.0为MCP的用户自定义键K1输入；VW45000034为CNC用户数据MD14510[17]中的驱动器类型设定值，“1”为伺服驱动器，“0”为步进驱动器。因此，在使用伺服驱动器的机床上，M104.5就是MCP面板的K1键输入。