西门子电源6SL3100-0BE25-5AB0详细说明

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一、引言

目前，数控雕刻机逐渐成为各行业生产的*专业工具。随着CNC数控技术配合高性能的变频控制器和伺服驱动设备在各生产行业的发展应用，数控雕刻机日益成为当今雕刻行业的主流配置。

主轴系统是数控雕刻机的重要组成部件，其性能对数控雕刻机整机的性能有着至关重要的影响。变频器作为主轴系统中的心脏，更是的关键部件。本文主要介绍的是变频器在数控雕刻机主轴拖动系统上的应用。

二、雕刻机的组成及工作原理

当今主流数控雕刻机是由计算机、雕刻机控制器、雕刻机主体三部分组成，其工作原理是通过计算机内配置的**雕刻软件进行图样设计和排版，经由计算机把设计与排版的信息传送至雕刻机控制器中，再由控制器把这些信息转化成能驱动步进电机或伺服电机的脉冲信号，控制雕刻机主体上X、Y、Z三轴的雕刻走定位。同时，控制器启动变频器，带动主轴电机的雕刻头高速旋转，对固定于主机工作台上的加工材料进行切削、钻铣，即可雕刻出在计算机中设计的各种平面或立体的浮雕图形及文字，实现雕刻自动化作业，按照不同的加工材质和工艺要求，可以搭配不同的**配置。

三、数控雕刻机的主轴控制系统

主轴系统是数控雕刻机的重要组成部件，其性能对数控雕刻机整机的性能有着至关重要的影响。

数控雕刻机要求主轴系统采用无级变速，目前多采用变频器驱动异步交流电机来实现。主轴电机多采用两较高速无刷水冷电机，噪音小、切割力度大。运行转速一般在0～24000r/min，对应的变频器运行频率为0～400Hz。为了提高加工效率，大型的雕刻机会装有多个主轴机头，一台变频器同时驱动多个主轴电机工作。

四方E550L系列雕刻机**变频器以其*特的性能和优越的性价比，满足了主轴要求调速范围广、转速稳定度高、过载能力强、低速力矩大、加减速时间短等方面的性能特点，在国内雕刻机市场占有相当大市场份额。

四、主轴系统的电气接线图及变频器参数设置

雕刻机供电系统有单相220V和三相380V。大多数机型采用单相220V供电。电气接线方式根据频率源给定方式的不同，分为以下两种：

1、主轴频率来源为模拟量给定的方式

变频器的频率源采用的是数控系统输出的0~10V模拟信号，对应运行频率为0~400Hz。此方式可以对主轴实现无级调速，根据不同的雕刻对象或者雕刻工艺，实时改变主轴切削转速。广泛应用于要求雕刻工艺较高、较精细的中高端雕刻机。

变频器的安装接线简图如下：

AI/GND接受控制器输出的0~10V模拟量信号，此电压值与变频器里参数设置的调速频率范围对应成正比。X1/CM为变频器正转信号，当控制器发出正转信号，则控制器上的输出继电器动作，继电器的常开触点吸合，提供信号给变频器。L1、L2为变频器的电源输入，若变频器选择三相输入，则连接在R、S、T端子上即可。TA/TC为变频器继电器输出，通常选择变频器故障报警输出，接入雕刻机控制器或者外部故障指示回路。

雕刻机**变频器内置雕刻机**程序，出厂默认行业参数，*繁琐设置，固化出厂参数如下：

2、主轴频率来源为多段速给定的方式

用户按照雕刻机的加工工艺要求，事先在变频器参数里设定好主轴的多个运行频率，当数控系统需要不同主轴频率时，由雕刻控制器输出的多路数字量信号，按照事先设定组合方式所对应的变频器设定运行频率，能快速的响应用户编写的雕刻程序中对主轴转速的要求，使雕刻达到较好效果。此方式运行的主轴非无级调速，只能运行固定的几个频率，一般用于雕刻工艺要求较低的场合和较低端的雕刻机。

在客户要求减速时间较短的场合，可根据需要选配接制动电阻，接入主回路端子的P+/PB之间。制动电阻功率可参考说明书附录部分的机器功率等级选择相匹配的型号。

六、雕刻机的分类及应用行业

数控雕刻机按应用可分为：木工雕刻机、石材雕刻机、广告雕刻机、圆柱雕刻机、工艺雕刻机等。

1、 木工雕刻机主要用于木器加工，使其更具美观价值。

2、 石材雕刻机可在石材、陶瓷、瓷砖上雕刻字画。

3、 广告雕刻机广泛用于雕刻各类标牌、**玻璃、石门牌、三维告示牌、装饰礼品等。

4、圆柱雕刻机也称立体雕刻机，能在圆柱型物品的表面雕刻。

5、工艺品雕刻机俗称玉石雕刻机。它的精度高，雕刻速度相对要慢，台面尺寸也较小，适合做精细的工艺品雕刻。

七、 小结

国内数控雕刻机厂家主要分布在山东济南、安徽合肥、江浙沪一带。其中四方变频器凭借着出色的性价比、稳定的转矩特性、完善的售后保等特点，在群雄逐鹿的雕刻机市场中有着较大地占有率，四方变频器为雕刻机行业提供着较稳定的主轴动力保证，为雕刻机市场的蓬勃发展贡献出强健的力量。

引言

由于机床加工范围较广，不同的工件，不同的工序，使用不同的，要求机床执行部件具有不同的运动速度，因此机床的主运动应能进行调速，机床用户对变频器产品的调速作用更为关注。

主轴是车床构成中一个重要的部分，对于提高加工效率，扩大加工材料范围，提升加工质量都有着很重要的作用，变频器主要应用于主轴调速系统。目前在经济型自动车床，变频器以其优势得到了广泛的应用。

一、自动车床工艺介绍

1.自动车床简介

自动车床，是一种高性能，高精度，低噪音的走式自动车床，是通过凸轮来控制加工程序的自动加工机床。另外也有一些数控自动车床与气动自动车床以及走心式自动车床，其基本核心是可以经过一定设置与调教后可以长时间自动加工同一种产品。特别适合铜、铝、铁、塑料等精密零件加工制造，适用于仪表、钟表、汽车、摩托、自行车、眼镜、文具、五金卫浴、电子零件、接插件、电脑、手机、机电、等行业成批加工小零件，特别是较为复杂的零件。

2自动车床工艺说明

装工件:主轴转动到固定位置，机械手将工件装入卡盘内；

加工工件:主轴快速加速到所需转速，通过台的移动加工产品；

卸工件:加工完成，将产品从卡盘内推出，同时卡盘快速的转动到固定位置装入下一个工件。

二、现场工艺要求及调试方案

1.现场要求:

（1）启停速度快－－-加减速时间要求：加速0.5S，减速0.3S；

（2）定位响应快－－-定位时间：1秒以内；

（3）定位精度要求高－－-在2个脉冲以内；

2.调试方案

改造系统采用的方案为：高性能闭环矢量变频器+分频卡。系统方案中，变频器配备分频卡，使系统工作运行在闭环矢量控制模式，实现变频定位功能。因为在自动车床中，负载惯量大、减速时间短，需配备制动电阻，具体选型方法《V560系列高性能矢量变频器说明书》。

3、主轴变频定位系统原理

本方案整体控制框图见下图2。变频器采用不控整流方式从三相电网取电，由三相逆变全桥通过空间矢量调制（SVPWM）、闭环矢量控制（Field orientation control）实时控制主轴电机；通过传动机构，将转速信号反馈到变频器控制单元，反馈的转速信号通过分频卡换算为角度信号，与设定的角度做差，经过PID单元运算（加程PID,稳态过程PID）得到下一拍主轴电机控制转速指令（具有转矩限幅功能），  从而实现主轴转速、定位角度的实时精确控制。

4、调试步骤及参数设定：

系统中涉及到PID运算，在设置比例增益P值、积分时间I值、微分时间D值时要按以下原则设置：转速比例增益P值越大响应越快，但系统稳定性变差，过大的增益可导致转速震荡；积分时间常数I值越小响应越快，转速**调越大，稳定性越差。该参数与系统惯量成正比，惯量较大时，该参数应当设置较大数值。

参数组中转速比例增益1在主轴加程中有效，数值较比例增益2大，用于提高响应速度；比例增益2用于稳态过程PI调整，为了增加系统的稳定性，该参数数值较小。加程中两组PI参数可以通过滞环或连续切换方式，自动切换。

3、调试中出现的问题与解决方法：

（1）电机运行时出现震动及噪音

该现象原因：过大的增益比例P值有可能使转速震荡，从而稳速精度下降，甚至使系统不稳定；反之，加程缓慢，系统响应速度降低。载波频率主要影响运行中的音频噪声和热效应：载波频率值较小，虽然提高了变频器可带较大负载量，但产生的噪音将同样会增大。

解决方法：调整适当的PID增益（F8.1.21和F8.1.25）；增大载波频率。

（2）定位精度不高，定位时间长

该现象原因：过小的位置环增益，导致了系统响应速度减慢，在工况频繁变化的情况下定位精度下降。

解决方法：增大位置环PID的增益(Fb.2.21)。

三、实验结果分析

南方某数控机床厂采用该变频定位方案过程后，达到交流主轴伺服驱动的性能，在一台电机功率为2.2KW的自动车床上进行试运行，实验结果如下：

总结

通过实际的生产运用，将本方案应用于自动车床，实现了一次装夹，节省了外部按钮及中间继电器，且加工效率也提高近20%，提高了生产效率，降低了生产成本，充分的发挥经济型数控车床的优越性；经过长期应用，本方案运行稳定、响应迅速、定位精度高，与**的交流主轴驱动系统相比更适合应用于经济型自动车床领域

一、引言

金属制品是冶金工业中的重要一环，但在我国该行业却是一个薄弱环节，机械、电气设备陈旧，阻碍了行业的发展。在金属加工中，滑轮式拉丝机是常见的一种，广泛应用于钢丝，钢缆，建筑构件，镀锌铁丝，金属网，制钉等拉丝现场。在以前通常都采用工频实现，现在随着工艺技术的进步和变频器的大量普及，变频控制开始大量使用，并可实现无级调速，相应的逻辑控制以及张力工字轮收卷等功能。

采用变频调速系统的直进式拉丝机技术先进、节能显著，调速范围在正常工作时为30:1，同时在5%的额定转速时能提供**过1.5倍的额定转矩。

本文以杭州某生产铁丝的滑轮式拉丝机现场为例，来说明变频控制的应用过程和效果。

二、工艺介绍和要求

该设备主要对铁丝进行牵伸拉拔，进线6.5mm，经过5道拉拔模具的作用，出线3.2mm，拉丝部分共有5个直径550mm的转鼓，相邻转鼓之间安装有用于积放线的滑轮，可以解决前后两级之间速度差造成的张力不稳定，达到每级之间的张力控制。收卷电机工字轮收卷，通过拉拔最后以及与收卷之间的张力摆臂调整收卷的速度，通过PID来调整由于卷径变化引起的速度差，以达到张力收卷的效果。其主要要求如下：

1.各台速度通过电位器单独可设

2.各台都可单独启动，也可系统总启动

3.系统具有总停止和紧急停机功能

4.一台停止后，后面台位必须停止

5.收卷能够恒张力收卷

6.加速和减速平稳，没有大的波动

三、系统方案

1、系统配置方案

主拉：采用E380系列通用型变频器，具有输出力矩大，性价比高等优点；

收卷：采用V560系列高性能矢量变频器，实现张力收卷功能；

2、方案介绍

拉拔部分直接通过模拟量电位器给定变频器的频率，通过机械本身的积放线功能进行调整，以达到张力保持的效果，收卷部分采用高性能矢量变频器双通道频率作用，PID做微调来修正由于卷径变化引起的速度变化，以到达张力控制。

3、方案控制逻辑

每一台可以单独启动，停止，如果达到系统启动停止位置时，**台先启动，只有**台启动后，才会启动*二台，*二台启动后，才会启动*三台，依次往后；系统停止，**台停止后，后面都停止，

按系统接线图接线，并重点检查变频器的电源接线部分，完成检查后上电。

拉拔部分按接线图和所给定参数设置变频器参数后，收卷部分如下

2、调试参数

拉拔变频器参数设置（部分）

F0.1=4                       VC1模拟量给定频率

F0.4=1                       控制方式为端子控制

F0.5=2                      三线控制方式

F0.10=20                    加速时间

F0.11=20                      减速时间

F3.0=18                       X1为三线控制模式

F3.1=16                    EMS自由停机控制

F3.8=0                         继电器输出为变频器运行中

F3.6=16                       变频器故障输出

收卷变频器参数设置（部分）

F0.1.16=13                     频率设置值为两个通道设置值之和

F0.1.19=0.15                    通道2设定系数为15%

F0.3.33=1                       控制方式为端子设定

F1.0.03=2.00                     加速时间为2S

F1.0.04=2.00                    减速时间为2S

F1.0.09=5.00                     点动加速时间为5S

F1.0.10=5.00                   点动减速时间为5S

F5.3.28=0007                   频率设定通道为较高**级

F7.0.00=2001                  过程PID为启动投入

F7.0.08=60.0                        PID设定值

F7.0.10=1                              PID反馈为AI2

F7.0.17=0.55                          过程PID的P值

F7.0.18=20.00                      过程PID的I值

F7.0.21=0010                     过程PID输出双极性

F7.0.22=0.0                           PID的静态偏差为0

3、调试步骤

（1）电机参数自学习

在按电机实际参数设置【F2.0.00】~【F2.0.04】后，设置【F2.2.53】=1启动静态自学习；

（2）电机参数学习完成后，按以上调试参数设置参数；

在以上调试工作准备完成之后进入调试

（3）调整气缸摆杆传感器的较大值和较小值。范围越大，调整的精度就越高，调整的效果越好。通过D1.0.04来监控调整，在调整完成之后，分别修改对应AI2对应较小值【F4.0.02】和较大值【F4.0.03】

（4）气缸摆杆校正完成之后，在没有穿线之前，分别对从**台到最后一台的点动，查看每一台的刹车装置和皮带轮是否装好；

（5）调试过程较重要是调试PID限幅比例和PID的P值和I值。I值调试的经验是I值大于收卷加减速时间，小于拉拔加减速时间。根据空盘和满盘的卷径来计算PID的限幅值

五、小结

在本方案中，收卷部分采用四方高性能矢量变频器V560的驱动，拉拔部分E380通用型高性价比变频器，在系统参数优化后，启动停止非常平滑，稳定运行并大大减少了断线率。相比工频驱动系统，效率和节电率也大大提高。而且本系统中电气器件配置简练，逻辑清楚，便于故障检查，完全满足新型滑轮式拉丝机的工艺要求，得到了客户的**。