CNC进给轴控制方式及其位置反馈功能说明

SIEMENS公司生产的CNC上，进给轴的控制信号涉及驱动器控制、CNC轴控制、通道控制等多种，PLC程序设计时，需要准确理解各控制信号的作用与功能，才能保证进给轴正确和可靠运动。从保证机床安全可靠运行、规范设计等角度考虑，802S/C/D子程序库中所提供的进给轴控制子程序SBR40（AXIS_CTL），宜做进一步的改进和完善。

由于SIEMENS数控的CNC-PLC接口信号定义繁杂，802S/C/D等系统的技术资料偏于简单，部分内容的翻译也不一定确切，为了便于全部了解SIEMENS系统的进给轴控制要求，现将有关概念说明如下。

1.进给轴的控制方式

数控机床的刀具运动轨迹控制需要通过进给轴（坐标轴）的运动实现，进给轴控制是数控机床PLC程序设计的重要内容。在802S/C/D上，进给轴可通过CNC轴控制信号，选择如下几种基本控制方式。

1）位置控制。位置控制是进给轴的正常控制方式。选择位置控制方式时，进给轴可根据CNC的运动指令（手动或自动），按照指令的位置和速度运动并定位。定位停止后，轴始终处于闭环位置自动调节状态，以保持定位点不变。因此，无论是JOG还是INC进给，回参考点或是加工程序自动运行，轴均应选择位置控制方式。进给轴的位置控制在CNC轴控制信号V380∗0002.1（伺服使能）为1时生效。

2）跟随控制。跟随控制为进给轴的特殊控制方式。选择跟随控制方式时，轴的闭环位置控制功能将无效，但如其位置反馈生效信号V380∗0001.5为1，CNC的位置测量系统仍可生效，此时，进给轴将成为一个能显示实际位置的数显轴。

位置跟随控制一般用于CNC急停、机械制动器制动等场合，以便CNC能够在驱动器断开、CNC闭环位置控制功能取消时，继续检测和显示进给轴的实际位置。位置跟随控制方式在CNC轴控制信号V380∗0002.1（伺服使能）为0、跟随控制信号V380∗0001.4为1时生效。

处于位置跟随控制方式的进给轴不能进行闭环位置调节，因此，当轴受到外力（如垂直轴重力）作用偏离定位点时，CNC可检测、显示坐标轴的实际位置，但伺服驱动系统不会因此而产生恢复定位点的电动机输出转矩。

3）轴禁止。802S/C/D的轴禁止功能相当于FANUC数控系统的机床锁住功能。轴禁止控制方式生效时，CNC内部的位置给定输出将被禁止，但位置闭环控制保持有效，因此，轴可通过继续保持定位状态。如果在进给轴在运动时，生效了轴禁止信号，进给轴将按照正常的加减速方式减速停止、定位。

进给轴禁止时，CNC仍可进行手动或程序运行操作，但是，由于CNC的位置给定被禁止，故机床不会产生实际运动。在这种情况下，CNC的进给轴实际位置和速度显示，将被直接切换至CNC的内部指令值。

轴禁止控制方式一般用于加工程序的测试，功能在CNC轴控制信号V380∗0001.3（轴禁止）为1时生效。轴禁止信号一旦撤销，CNC的位置给定将立即恢复输出。因此，如在轴禁止期间，CNC执行了手动或程序自动运行操作，一旦撤销轴禁止信号，轴将立即运动到当前的指令位置，它可能给机床和操作者带来一定的危险，使用时应特别注意。

2.控制信号的分类

在802S/C/D等CNC上，进给轴可通过驱动器控制信号、CNC轴控制信号、CNC通道控制信号3类信号进行控制。在PLC程序设计时，需要准确区分各控制信号的作用与功能，保证进给轴运动的正确和可靠。(https://www.xing528.com)

1）驱动器控制信号。在第1章已说明，全功能数控是通过CNC实现闭环位置控制的系统，其位置比较和位置调节功能均由CNC实现，驱动器主要用于速度和转矩控制。驱动器正常工作是CNC闭环位置控制的前提条件。驱动器一旦故障或关闭，伺服驱动电动机就不可能正确运动，此时，CNC必须立即撤销位置控制，进入急停状态，同时生效CNC的位置跟随控制方式。

驱动器控制信号的说明可参见6.1节。传统的SIEMENS驱动器需要通过电源模块的主接触器通断控制端48、脉冲使能控制端63、控制使能控制端64，控制驱动器的起动和停止。控制端48信号接通时，电源模块的预充电接触器、主接触器允许接通；加入脉冲使能信号63后，PWM整流电路工作，直流母线电压输出；控制端64接通后，驱动器上所安装的伺服、主轴驱动模块允许正常工作。在新系列SINAMICS S120驱动器上，驱动器的通断一般只使用用于驱动器急停的控制信号EP M，其作用与脉冲使能端63类似。

2）CNC轴控制信号。CNC轴控制信号是按CNC轴配置顺序，由PLC程序依次提供的、用于轴控制的基本接口信号，它与进给轴在加工程序中的名称、所归属的通道等无关。利用CNC轴控制信号，可生效轴的位置测量系统、选择轴的控制方式、控制轴的运动或停止等。该信号的PLC输出地址为VB 380∗0000～VB 380∗1000（∗为轴序号，第1、2、3、…轴依次为0、1、2、…，下同）。

3）通道控制信号。通道是根据机床结构和实际加工控制要求，对进给轴或主轴所进行的分组划分。因此，它是从CNC加工程序控制的要求从发，对程序运行所涉及的进给轴、主轴进行控制。一般而言，通道控制信号只能对通道所属的编程轴（又称几何轴，Geometry Axis）进行控制，但不能进行生效位置测量系统、选择控制方式、超程保护等轴基本控制。但是，由于802S/C/D等简单CNC实际上并不具备多通道控制能力，因此，其通道控制信号可直接作为CNC程序运行和进给轴/主轴控制信号使用。通道控制信号同样是PLC程序提供的内部接口信号，802S/C/D的通道程序运行控制信号PLC输出地址为VB 32000000～VB 32000007；通道轴控制信号为每1进给轴4字节，地址依次为VB 32001000～VB 3200 1003（第1编程轴）、VB 32001004～VB 32001007（第2编程轴）、VB 32001008～VB32001011（第3编程轴）……

3.伺服使能和进给使能

SIEMENS数控的进给轴有伺服使能和进给使能，是不同的概念，在PLC程序设计时同样需要予以分清。

1）伺服使能。伺服使能用于轴控制方式选择，它属于CNC轴基本控制信号的范畴。伺服使能信号的功能与轴的属性有关，对进给轴，伺服使能信号用来实现CNC的闭环位置控制（伺服）功能；对主轴，它可接通主轴模拟量输出接口上的主轴驱动使能信号触点，以控制外部主轴驱动器的起动和停止。

CNC正常工作时，伺服使能可通过CNC轴控制信号V380∗0002.1（伺服使能）控制，但是，如CNC急停或发生了伺服系统报警，伺服使能信号将被自动撤销。伺服使能信号一旦被撤销，进给轴的CNC闭环位置控制功能将立即取消，运动中的轴紧急停止。接着，CNC将撤销闭环速度调节功能，取消CNC对进给轴的控制，但CNC可通过跟随控制方式，继续检测轴的实际位置。

伺服使能信号被撤销后，伺服电动机将不会因为定位点的位置偏移，而产生定位点保持的恢复转矩。因此，如果进给轴使用机械制动器保持位置，当制动器制动后，可通过撤销伺服使能信号，来避免电动机的过载。反之，如果伺服使能信号被撤销，CNC将失去闭环位置调节功能，因而需要立即断开驱动器、制动机械制动器，以防止轴的位置偏移。

2）进给使能。进给使能用于进给轴的运动和停止控制，进给使能一旦撤销，轴将停止运动。进给使能需要根据不同的控制要求，通过PLC程序，分别从CNC轴控制接口信号和通道控制接口信号上输出。在模拟量控制的驱动器上，该信号还可从CNC的驱动器接口上以触点的形式输出。

在802S/C/D上，CNC轴控制信号中的进给使能可通过轴进给停止信号控制，其PLC输出地址为V380∗0004.3。进给停止信号为1时，该轴将按正常的加减速要求减速停止，当前的位置跟随误差可通过CNC的闭环位置调节功能消除。如果所停止的轴正在参与其他轴的插补运行，信号将同时停止所有参与插补的轴运动。利用轴控制信号V380∗0004.3实现的进给停止与CNC的操作方式、轴所属的通道等无关，它既可用于加工程序自动运行时的轴停止，也可用于手动操作时的轴停止。

802S/C/D的CNC通道轴进给使能可通过通道控制信号中的进给停止信号V32001000.3（第1编程轴）、V32001004.3（第2编程轴）、V32001008.3（第3编程轴）……控制。进给停止信号一旦为1，对应轴同样按正常的加减速要求减速停止，当前的位置跟随误差可通过CNC的闭环位置自动调节功能消除。通道进给停止一般只用于编程轴的JOG操作，加工程序运行时的轴停止，通常需要利用通道控制信号中的进给使能禁止（Feed Disable）信号V32000006.0对全部编程轴进行统一的控制。