CN110543138A - 一种主轴定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种主轴定位方法。它包括：在电机轴的非轴承端增设一个绝对值编码器，绝对值编码器接A、B、四根线到变频器上的编码器接口对应位置；在负载端设置一个挡块，在挡块附近固定设置一个电磁接近开关；将电磁接近开关的信号线接入到变频器DI接口板的DI6上；在PLC控制器上编制一个主轴定位控制程序，通过PLC控制器与ACS800变频器协同控制主轴旋转并定位。本发明提供了一种针对ACS800变频器与AC450PLC控制器或其它型号的PLC控制器协同进行主轴定位的更合理更精准的主轴定位方法。应用该定位方法定位非常准确，每次都能将负载准确停在电磁接近开关所在的设定位置，极少有误差，实际应用效果好。

Description

一种主轴定位方法
技术领域
本发明属于工业自动控制技术领域，涉及一种主轴定位方法。
背景技术
在钢厂、金属加工厂、造纸印刷厂、塑料厂等工业自动化生产过程中，常用到各种大型机器设备(轧机、剪切机、切屑机、数控机床、造纸机、印刷机、卷取机等)，这些大型机器设备(亦称负载)通常由电机减速机驱动，通过PLC(可编程控制器)控制其作业，通过变频器调速，其结构及连接关系是：PLC控制器与变频器连接，变频器与电机连接，电机轴的轴承端通过齿轮、减速箱与负载(轧机等)的主轴连接；其工作原理是由PLC控制电机减速机驱动主轴旋转，再由主轴带动负载运转。在由PLC控制电机减速机驱动主轴旋转带动机床运转过程中，需要通过变频器进行调速，并与PLC协同进行主轴定位。进行主轴定位的变频器，要求其具有高性能电流矢量控制技术，能与PLC协同进行精准的位置控制，能快速起停，动态响应好，定位速度快，且调速精准，定位准确，能够实现主轴精准定位。
ABB AC450 PLC(可编程控制器)，由于其性能良好，在钢厂、金属加工厂、造纸印刷厂、塑料厂等工业自动化生产领域已得到广泛应用。ABB ACS880变频器是一种可用于160KW重载的调速精准的新型高性能变频器，但是，目前尚未有使用该型号的变频器(ABB ACS880变频器)与ABB AC450 PLC(可编程控制器)或其它型号的PLC协同进行主轴定位的先例。根据目前某钢厂应用实例来看，当前使用的ACS800变频器与AC450PLC协同进行主轴定位的解决办法实际效果并不理想(定位不准确)，因此，有必要研究设计一种更合理更精准的主轴定位方法。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种针对ACS800变频器与AC450PLC控制器或其它型号的PLC控制器协同进行主轴定位的更合理更精准的主轴定位方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明一种主轴定位方法如下：PLC控制器与变频器连接，变频器与电机连接，电机轴的轴承端通过齿轮、减速箱与负载(轧机等)的主轴连接；所述变频器为ACS800变频器；在电机轴的非轴承端增设一个绝对值编码器(测量主轴转动角度的传感器)，绝对值编码器接A、B、四根线到变频器上的编码器接口对应位置；在负载端设置一个挡块，在挡块附近固定设置一个电磁接近开关，该电磁接近开关可固定在机架或其他固定位置上；将电磁接近开关的信号线接入到变频器DI接口板的DI6上；电磁接近开关的信号线接入到变频器DI接口板的DI6上；在PLC控制器上编制一个主轴定位控制程序，通过PLC控制器与ACS800变频器协同控制主轴旋转并定位；
所述的主轴定位控制程序，包括下述步骤：
(1)根据变频器发来的编码器值，确定当前主轴位置是位于电磁接近开关前方还是后方；如果是前方，则编码器值大于零，否则需要加上整圈数值将其转化为正数。为了尽量减小因齿轮间隙造成的编码器值误差，设定一偏移量用来补偿编码器精度。
(2)设定需要定位的区间范围，(区间范围可设定为99.94％～0.06％)；当定位结束时编码器值落在该区间内，则认为定位成功。
(3)设定零位位置参考(Zero_detect_ref)，程序中不停地将当前时刻的实际位置Actual_pos_2(k)与上一时刻的实际位置(Actual_pos_2(k-1))做差。由于当触碰到电磁接近开关时会将编码器值清零，因此，当触碰到的瞬间，该差值势必会突然增大，当该差值大于零位位置参考时，认为负载端已触碰到电磁接近开关(到达零位)。
(4)设定零位视见信号，该信号的作用是判断当前共接触了几次电磁接近开关，根据上述原理，第一次接触到零位的作用是用来找到确认位置，所以，正常情况下，第二次接触到零位且速度小于设定值时，即应该视为定位成功。
(5)根据剩余角位移是否大于速度切换值(SlowIn_Pos)来选用速度计算公式1(即式1-1)或速度计算公式2(即式1-2)；是，则选用公式1；否，则选用公式2；并据此计算角速度；
(6)根据零位视见信号是否等于1，来确定速度设定值选用哪个；是，则选用计算出的角速度为速度设定值；否，则选用某一特定数值即固定值(本实施例中为500)为速度设定值；将确定的速度设定值发送给变频器(进行控制)。
(7)当变频器返回的实际速度值小于某一特定数值(本实施例中为500)，且主轴实际位置落在设定区间范围内时，认为本次主轴定位成功；否则，重复执行上述步骤。
速度计算公式1为：
其中，v为角速度，a为角加速度，x为角位移。
速度计算公式2为：
v＝kx (式1-2)
其中，v为角速度，k为比例系数，x为角位移。
本发明的构思及主要原理如下：
所谓主轴定位，其实就是每次进行该操作时，确保电机带着主轴在一个固定区间内停下。为了达到这个目的，需要控制主轴的转速，使得位移趋于0的同时速度越来越小，直到停下。
当主轴第一次转过电磁接近开关时，可知主轴此时刚好距离停车位置一个完整周期，也就是剩余角位移可知。主轴的旋转运动是匀加速运动，根据高中物理知识可知，已知角加速度和角位移，可以通过速度计算公式1(即式1-1)计算出角速度，由此可求出主轴的旋转速度。
速度计算公式1为：
其中，v为角速度，a为角加速度，x为角位移。
但当角位移x(此例中为Ref_Act_Pos，详见图2)很小时，速度变化不明显，容易造成小速度转不动电机的情况。为了解决此问题，根据高中数学知识可知，当x值很小时，二次函数可以近似看作一次函数，因此，引入速度计算公式2(即式1-2)，通过公式2可求出角位移很小时主轴的旋转速度。
速度计算公式2为：
v＝kx (式1-2)
其中，v为角速度，k为比例系数，x为角位移。
进一步地，所述PLC控制器为AC450PLC控制器或其它型号的PLC控制器。
进一步地，AC450PLC控制器与ACS800变频器连接，ACS800变频器与电机连接，电机轴的轴承端通过齿轮、减速箱与负载(轧机等)连接；在AC450PLC控制器上编制一个主轴定位控制程序，通过AC450PLC控制器与ACS800变频器协同控制主轴旋转并定位。
进一步地，重新设置变频器的参数(即增加功能码)，而不采用变频器出厂预先设定的参数。重新设置的变频器参数见表1-1。变频器参数框图详见图1。变频器参数与程序之间的逻辑关系表详见表1-3。
表1-1变频器部分参数表
参数号 设定值 备注
10.1 DI状态 发送数据
6.100 用户控制字1 接收数据
61.62 10.1 数据集17中数据3选择
62.52 6.100 数据集12中数据1选择
90.59 0 位置计数器整数初始值信号源
90.63 4096 反馈常量分子
90.67 DI6 位置计数器初始命令信号源
90.68 6.100.10 禁止位置计数器初始化
90.69 6.100.11 重置位置计数器初始化
92.10 1024 脉冲/转数
本发明的有益效果：
本发明提供了一种针对ACS800变频器与AC450PLC控制器或其它型号的PLC控制器协同进行主轴定位的更合理更精准的主轴定位方法。该方法是在新型变频器上的一种新的应用。
根据在某钢厂进行的多次试验以及多次实际应用(已应用有半年时间)的现场实际应用效果反馈来看，此种主轴定位方法进行的定位非常准确，每次都能将负载准确停在电磁接近开关所在位置(设定位置)，极少有误差。说明该主轴定位方法实际应用效果极好。
附图说明
图1是本发明的ACS800变频器与编码器相关的变频参数逻辑图；
图2是本发明中的主轴定位控制程序的程序逻辑框图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例
本发明一种主轴定位方法，它包括：AC450PLC控制器与ACS800变频器连接，ACS800变频器与电机连接，电机轴的轴承端通过齿轮、减速箱与负载(轧机等)的主轴连接；在电机轴的非轴承端增设一个绝对值编码器(测量主轴转动角度的传感器)，绝对值编码器接A、B、四根线到变频器上的编码器接口对应位置；在负载端设置一个挡块，在挡块附近固定设置一个电磁接近开关，该电磁接近开关可固定在机架或其他固定位置上；将电磁接近开关的信号线接入到变频器DI接口板的DI6上；电磁接近开关的信号线接入到变频器DI接口板的DI6上；在AC450PLC控制器上编制一个主轴定位控制程序，通过AC450PLC控制器与ACS800变频器协同控制主轴旋转并定位；
如图2所示，所述的主轴定位控制程序，包括下述步骤：
(1)根据变频器发来的编码器值，确定当前主轴位置是位于电磁接近开关前方还是后方；如果是前方，则编码器值大于零，否则需要加上整圈数值将其转化为正数。为了尽量减小因齿轮间隙造成的编码器值误差，设定一偏移量用来补偿编码器精度。
(2)设定需要定位的区间范围，本实施例中的区间范围设定为99.94％～0.06％；当定位结束时编码器值落在该区间内，则认为定位成功。
(3)设定零位位置参考(Zero_detect_ref)，程序中不停地将当前时刻的实际位置Actual_pos_2(k)与上一时刻的实际位置(Actual_pos_2(k-1))做差。由于当触碰到电磁接近开关时会将编码器值清零，因此，当触碰到的瞬间，该差值势必会突然增大，当该差值大于零位位置参考时，认为负载端已触碰到电磁接近开关(到达零位)。
(4)设定零位视见信号，该信号的作用是判断当前共接触了几次电磁接近开关，根据上述原理，第一次接触到零位的作用是用来找到确认位置，所以，正常情况下，第二次接触到零位且速度小于设定值时，即应该视为定位成功。
(5)根据剩余角位移是否大于速度切换值(SlowIn_Pos)来选用速度计算公式1(即式1-1)或速度计算公式2(即式1-2)；是，则选用公式1；否，则选用公式2；并据此计算角速度；
(6)根据零位视见信号是否等于1，来确定速度设定值选用哪个；是，则选用计算出的角速度为速度设定值；否，则选用某一特定数值即固定值(本实施例中为500)为速度设定值；将确定的速度设定值发送给变频器(进行控制)。
(7)当变频器返回的实际速度值小于某一特定数值(本实施例中为500)，且主轴实际位置落在设定区间范围内时，认为本次主轴定位成功；否则，重复执行上述步骤。
速度计算公式1为：
其中，v为角速度，a为角加速度，x为角位移。
速度计算公式2为：
v＝kx (式1-2)
其中，v为角速度，k为比例系数，x为角位移。
重新设置变频器的参数(即增加功能码)，而不采用变频器出厂预先设定的参数。重新设置的变频器参数见表1-1。变频器参数框图详见图1。变频器参数与程序之间的逻辑关系表详见表1-3。
表1-1变频器部分参数表
表1-3程序框图中英文变量名含义注释及与变频参数对照表
根据在某钢厂进行的多次试验以及多次实际应用(已应用有半年时间)的现场实际应用效果反馈来看，此种主轴定位方法进行的定位非常准确，每次都能将负载准确停在电磁接近开关所在位置(设定位置)，极少有误差。说明该主轴定位方法实际应用效果极好。

Claims (7)

1.一种主轴定位方法，其特征在于，PLC控制器与变频器连接，变频器与电机连接，电机轴的轴承端通过齿轮、减速箱与负载的主轴连接；所述变频器为ACS800变频器；在电机轴的非轴承端增设一个绝对值编码器，绝对值编码器接A、B、四根线到变频器上的编码器接口对应位置；在负载端设置一个挡块，在挡块附近固定设置一个电磁接近开关；将电磁接近开关的信号线接入到变频器DI接口板的DI6上；在PLC控制器上编制一个主轴定位控制程序，通过PLC控制器与ACS800变频器协同控制主轴旋转并定位；
所述的主轴定位控制程序，包括下述步骤：
(1)根据变频器发来的编码器值，确定当前主轴位置是位于电磁接近开关前方还是后方；如果是前方，则编码器值大于零，否则需要加上整圈数值将其转化为正数。为了尽量减小因齿轮间隙造成的编码器值误差，设定一偏移量用来补偿编码器精度；
(2)设定需要定位的区间范围；当定位结束时编码器值落在该区间内，则认为定位成功；
(3)设定零位位置参考，程序中不停地将当前时刻的实际位置与上一时刻的实际位置做差；由于当触碰到电磁接近开关时会将编码器值清零，因此，当触碰到的瞬间，该差值势必会突然增大，当该差值大于零位位置参考时，认为负载端已触碰到电磁接近开关，即到达零位；
(4)设定零位视见信号，该信号的作用是判断当前共接触了几次电磁接近开关，根据上述原理，第一次接触到零位的作用是用来找到确认位置，所以，正常情况下，第二次接触到零位且速度小于设定值时，即视为定位成功；
(5)根据剩余角位移是否大于速度切换值来选用速度计算公式1即式1-1或速度计算公式2即式1-2；是，则选用公式1；否，则选用公式2；并据此计算角速度；
(6)根据零位视见信号是否等于1，来确定速度设定值选用哪个；是，则选用计算出的角速度为速度设定值；否，则选用某一特定数值即固定值为速度设定值；将确定的速度设定值发送给变频器进行控制；
(7)当变频器返回的实际速度值小于某一特定数值，且主轴实际位置落在设定区间范围内时，认为本次主轴定位成功；否则，重复执行上述步骤；
速度计算公式1为：
其中，v为角速度，a为角加速度，x为角位移；
速度计算公式2为：
v＝kx (式1-2)
其中，v为角速度，k为比例系数，x为角位移。
2.如权利要求1所述的主轴定位方法，其特征在于，上述步骤(2)中，所述的区间范围设定为99.94％～0.06％。
3.如权利要求2所述的主轴定位方法，其特征在于，上述步骤(6)和步骤(7)中，所述的特定数值为500。
4.如权利要求1、2或3所述的主轴定位方法，其特征在于，所述PLC控制器为AC450 PLC控制器或其它型号的PLC控制器。
5.如权利要求4所述的主轴定位方法，其特征在于，AC450 PLC控制器与ACS800变频器连接，ACS800变频器与电机连接，电机轴的轴承端通过齿轮、减速箱与负载的主轴连接；在AC450 PLC控制器上编制一个主轴定位控制程序，通过AC450 PLC控制器与ACS800变频器协同控制主轴旋转并定位。
6.如权利要求1、2或3所述的主轴定位方法，其特征在于，
重新设置变频器的参数如下：
7.如权利要求1、2或3所述的主轴定位方法，其特征在于，所述负载包括：轧机、剪切机、切屑机、数控机床、造纸机、印刷机、卷取机。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0580866A1 (en) * 1992-02-14 1994-02-02 Fanuc Ltd. Spindle positioning method
CN201180145Y (zh) * 2008-04-02 2009-01-14 深圳市库马克新技术股份有限公司 转炉倾动及氧枪提升控制系统
CN102463263A (zh) * 2010-11-16 2012-05-23 宝山钢铁股份有限公司 精轧机换辊的主轴自动定位方法
CN203838564U (zh) * 2014-02-14 2014-09-17 青岛萨纳斯科技有限公司 一种基于plc控制的旋转定位控制装置
CN104057344A (zh) * 2014-07-02 2014-09-24 滨州盟威戴卡轮毂有限公司 数控车床主轴位置控制装置及其方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0580866A1 (en) * 1992-02-14 1994-02-02 Fanuc Ltd. Spindle positioning method
CN201180145Y (zh) * 2008-04-02 2009-01-14 深圳市库马克新技术股份有限公司 转炉倾动及氧枪提升控制系统
CN102463263A (zh) * 2010-11-16 2012-05-23 宝山钢铁股份有限公司 精轧机换辊的主轴自动定位方法
CN203838564U (zh) * 2014-02-14 2014-09-17 青岛萨纳斯科技有限公司 一种基于plc控制的旋转定位控制装置
CN104057344A (zh) * 2014-07-02 2014-09-24 滨州盟威戴卡轮毂有限公司 数控车床主轴位置控制装置及其方法

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