模拟主轴功率及主轴轴承温升在系统上的显示
发布时间：2016-04-22马海军
（青海重型机床有限责任公司）
（青海重型机床有限责任公司）
摘 要：介绍840D数控机床上模拟主轴功率通过调速系统及西门子840D系统在数控系统HMI上的显示及数控机床通过热电阻、多通道数字仪表的结合和与其相应的PLC程序及其报警文本在系统HMI上的显示的方法。
关键词：西门子840D数控系统；ANA模块；模拟信号；功率；热电阻；数字仪表；轴承；I/O模块
前言
数控机床负载后为清晰指示数控机床模拟主轴的实际功率及主轴轴承温升变化。本文主要对其在系统HMI上的显示作分析说明。
1 模拟主轴功率显示
数控机床在加工工件时，操作者通过对机床主轴功率变化的监控，清楚了解负载时变化情况，可随时修改机床切削参数，因而在HMI上显示机床主轴功率是数控机床必备的功能。现今，普通数控机床采用伺服主轴系统，主轴功率可自动显示在数控系统显示器上。然而，重型数控机床需采用大功率主轴，机床制造厂家在设计时，通常都采用由数控系统控制发出转速指令给直流调速系统调整主轴直流电动机转速的配置方案。采用这种配置方案，主轴电机功率无法直接显示到数控系统显示器上。笔者在设计时，将直流调速系统发出的功率信号，经模拟量输入/输出模块接受到数控系统，然后经过数据转换处理后显示在数控系统的HMI上。
1.1系统硬件连接
硬件采用西门子6RA70直流调速系统、840D数控系统和ANA模块。由ANA模块采集到6RA70调速装置给定的功率信号，此信号为0---10V的模拟电压，然后通过数据转换将其显示在数控系统的HMI上。
系统硬件接线如图示：
前言
数控机床负载后为清晰指示数控机床模拟主轴的实际功率及主轴轴承温升变化。本文主要对其在系统HMI上的显示作分析说明。
1 模拟主轴功率显示
数控机床在加工工件时，操作者通过对机床主轴功率变化的监控，清楚了解负载时变化情况，可随时修改机床切削参数，因而在HMI上显示机床主轴功率是数控机床必备的功能。现今，普通数控机床采用伺服主轴系统，主轴功率可自动显示在数控系统显示器上。然而，重型数控机床需采用大功率主轴，机床制造厂家在设计时，通常都采用由数控系统控制发出转速指令给直流调速系统调整主轴直流电动机转速的配置方案。采用这种配置方案，主轴电机功率无法直接显示到数控系统显示器上。笔者在设计时，将直流调速系统发出的功率信号，经模拟量输入/输出模块接受到数控系统，然后经过数据转换处理后显示在数控系统的HMI上。
1.1系统硬件连接
硬件采用西门子6RA70直流调速系统、840D数控系统和ANA模块。由ANA模块采集到6RA70调速装置给定的功率信号，此信号为0---10V的模拟电压，然后通过数据转换将其显示在数控系统的HMI上。
系统硬件接线如图示：
接口信号说明：
1.2程序编写及调试
程序编写：
调试：
将6RA70直流调速系统X175端子排上模拟量端子16/17指定为主电机功率输出，即将参数P755设为307；西门子840D系统上将机床参数MD19320设为2H，MD36730设为1，运行上述程序段，在系统上利用NC变量R1=$VA_PRESSURE_B[SP]可监控其变化，也可在Step7在线监控方式下，可观察到MD413的实际值。
当机床带负载运行时，可通过840D系统HMI上显示的机床模拟主轴的实际功率输出情况。
2 主轴轴承湿度显示
数控机床在加工工件时，操作者通过对机床主轴轴承温度变化的监控，了解负载时轴承温升变化情况，确定轴承润滑良好，从而避免主轴轴承研伤现象的发生，因而数控机床上清楚显示主轴轴承温度变化及提供报警信息是数控机床必备的功能。现今，数控机床采用查看床头流量继电器信号，从而确认床头箱主轴润滑良好状况，但由此监控主轴轴承润滑可靠性低、监控繁琐。笔者在设计时，将主轴轴承温升信号，经热电阻、多通道数字仪表的结合和模拟量输入/输出模块接受到数控系统，然后经过由文本形式显示在数控系统的HMI上。
2.1系统硬件接线如图示：
将6RA70直流调速系统X175端子排上模拟量端子16/17指定为主电机功率输出，即将参数P755设为307；西门子840D系统上将机床参数MD19320设为2H，MD36730设为1，运行上述程序段，在系统上利用NC变量R1=$VA_PRESSURE_B[SP]可监控其变化，也可在Step7在线监控方式下，可观察到MD413的实际值。
当机床带负载运行时，可通过840D系统HMI上显示的机床模拟主轴的实际功率输出情况。
2 主轴轴承湿度显示
数控机床在加工工件时，操作者通过对机床主轴轴承温度变化的监控，了解负载时轴承温升变化情况，确定轴承润滑良好，从而避免主轴轴承研伤现象的发生，因而数控机床上清楚显示主轴轴承温度变化及提供报警信息是数控机床必备的功能。现今，数控机床采用查看床头流量继电器信号，从而确认床头箱主轴润滑良好状况，但由此监控主轴轴承润滑可靠性低、监控繁琐。笔者在设计时，将主轴轴承温升信号，经热电阻、多通道数字仪表的结合和模拟量输入/输出模块接受到数控系统，然后经过由文本形式显示在数控系统的HMI上。
2.1系统硬件接线如图示：
硬件采用西门子数控系统、多通道数字仪表、热电阻和I/O模块。由热电阻的感应件将采集到的信号传送至多通道数字仪表通讯接口，再由配套的测试软件及组态软件将信号传送至I/O模块，经过PLC程序处理后将其显示在系统HMI上。
接口信号说明：
接口信号说明：
2.2程序编写及调试
调试：
将轴承温度显示仪33/34脚号接入直流24V电源，并将热电阻分别指定为检测床头箱各轴承温升变化的检测元件，热电阻的输出接入模拟量输入/输出模块；对应检测元件的各轴承，在多通道数字仪表中分别设定AL01、AH01、AL02、AH02、AL03、AH03、AL04、AH04，当选择__cH：运算结果>报警设定值报警、当选择__cL：运算结果报警<设定值报警，按照此方法可设定各指定检测元件的值。机床在带负载运行时，可通过Step7在线监控方式或报警文本在系统HMI上的显示监测轴承的温升状况；为防止测量值在报警设定值附近波动时造成报警继电器频繁动作，根据需要将灵敏度设定1个报警解除的外延区域。
3.结束语
实践证明，数控重型机床主轴功率在840D数控系统HMI上的显示功能及主轴轴承温升状况在840D数控系统HMI上的报警提示功能，彻底取代了仪表显示形式和采用查看床头流量继电器信号而确认床头润滑状况，轻松避免了主轴轴承研伤事故的发生。
参考文献
1.显示与控制仪表用户文件，百特自动化工程有限公司，2006.
2.SINUMERIK 840D功能描述，西门子（中国）有限公司，2004.
3.SIMOREG DC Master6RA70系列使用说明书，西门子电气传动有限公司，2005.
4.SINUMERIK 840D操作指南用户文件，西门子（中国）有限公司，2004.
将轴承温度显示仪33/34脚号接入直流24V电源，并将热电阻分别指定为检测床头箱各轴承温升变化的检测元件，热电阻的输出接入模拟量输入/输出模块；对应检测元件的各轴承，在多通道数字仪表中分别设定AL01、AH01、AL02、AH02、AL03、AH03、AL04、AH04，当选择__cH：运算结果>报警设定值报警、当选择__cL：运算结果报警<设定值报警，按照此方法可设定各指定检测元件的值。机床在带负载运行时，可通过Step7在线监控方式或报警文本在系统HMI上的显示监测轴承的温升状况；为防止测量值在报警设定值附近波动时造成报警继电器频繁动作，根据需要将灵敏度设定1个报警解除的外延区域。
3.结束语
实践证明，数控重型机床主轴功率在840D数控系统HMI上的显示功能及主轴轴承温升状况在840D数控系统HMI上的报警提示功能，彻底取代了仪表显示形式和采用查看床头流量继电器信号而确认床头润滑状况，轻松避免了主轴轴承研伤事故的发生。
参考文献
1.显示与控制仪表用户文件，百特自动化工程有限公司，2006.
2.SINUMERIK 840D功能描述，西门子（中国）有限公司，2004.
3.SIMOREG DC Master6RA70系列使用说明书，西门子电气传动有限公司，2005.
4.SINUMERIK 840D操作指南用户文件，西门子（中国）有限公司，2004.