阅读说明：本技术 一种主轴定位方法 (Main shaft positioning method ) 是由 高宇航 李鹏飞 于 2019-09-11 设计创作，主要内容包括：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、<Image he="71" wi="76" file="DDA0002199762190000011.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>B、<Image he="66" wi="49" file="DDA0002199762190000012.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>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。(The invention discloses a main shaft positioning method. It includes: an absolute value encoder is additionally arranged at the non-bearing end of the motor shaft and is connected with A, B, and four wires are connected to the corresponding positions of encoder interfaces on the frequency converter; a stop block is arranged at the load end, and an electromagnetic proximity switch is fixedly arranged near the stop block; connecting a signal wire of the electromagnetic proximity switch to DI6 of a DI interface board of the frequency converter; a main shaft positioning control program is programmed on the PLC, and the PLC and the ACS800 frequency converter cooperatively control the rotation and positioning of the main shaft. The invention provides a more reasonable and accurate spindle positioning method for the spindle positioning of the ACS800 frequency converter and the AC450PLC or other types of PLC. The positioning method is very accurate in positioning, the load can be accurately stopped at the set position where the electromagnetic proximity switch is located every time, errors are few, and the practical application effect is good.)

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。