双系统数控机床E:参数设置与系统调试
原创双系统数控机床E:参数设置与系统调试
原创
完成数控系统的电气连接之后需要在此基础上进行调试。机床的电气调试首先需要注意上电顺序，其次需熟悉数控系统和驱动系统的参数设置，其中电子齿轮比的设置尤为关键。PMC调试时机床的联机调试的重点，需要对其原理以及实际熟悉。机床的调试过程中会遇到很多困难，在此过程中需要对机床出现的故障进行分析认真记录，并及时排除。
1 数控系统的上电顺序
控制柜先给强电上电，即先给驱动器、变频器以及24V电源上电；再根据需要给数控系统或工控机的端子板上电。
上电：
(1) 利用万用电表检查电器柜中动力线接线，检查是否有短路情况；以及电气开关（空气开关、急停按钮、三位开关等）是否可以正常动作，确定接线正确无误之后，才能接通电源。
(2) 将三位开关置于空挡，接通220V强电。延迟几秒之后再给端子板或CNC上电（给CNC通电前需要确定急停按钮按下之后才可以上电），防止CNC受电流冲击的影响，影响使用寿命。
断电：
(1) 本机床没有机床原点，每次断电前最好将机床各坐标轴移动到中间位置。
(2) CNC断电前需要将急停按钮按下，先断CNC的电源。再切断伺服强电。
驱动器及电机断电后至少10分钟内不得拆卸，防止电击。
2 参数设置
2.1 数控参数概要
(1) 参数意义 ：数控系统的参数设置将影响数控机床的使用和性能的发挥，且充分了解参数的含义将会为机床的故障诊断和维修带来很大的方便。
(2) 参数的权限：对于HNC-21数控装置中，参数修改的权限是采用分级管理。设置了数控厂家、机床厂家、用户三种级别的权限，不同的权限可以修改的参数是不同的。一般在调试过程中利用机床厂家权限。
(3) 数控系统的参数形式
a) 位参数：即二进制的“1”或“0”，每位“1”或“0”表示某个功能的“有”或“无”，或表示不同功能形式的转换。
b) 数据参数：该参数用十进制数值表示，它表示的是某些功能的设定值。
(4) 参数的设置方式
数控系统参数一般在可以在数控面板里面设置，并输入相应的权限对应的密码（默认权限密码为HIG），也可以在DOS环境下进行设置，进入DOS的步骤如下：首先插入键盘，在主界面下按下“ALT+X”键进入DOS，在“C：\HNC-21MD>”后键入“editpara”进入数控系统参数设置界面中（返回时按下“F10”退出键，并在最后出现的DOS界面“C：\HNC-21MD>”后键入字母“n”即可退出值数控系统主界面）。
在数控主界面下进行的参数设置有限，一般有输入密码“HIG”后会有“机床参数”、“轴参数”、“伺服参数”、“轴补偿参数”、“PMC用户参数”、“DNC参数”。而后者可接触到的参数较多，设置效果一样。本节以DOS环境中的参数体系进行介绍。
2.2 华中数控系统参数结构
华中数控的参数索引如下。
(1) 系统参数:包括插补周期、刀具寿命管理等；
(2）通道参数:本数控系统只使用通道0。
(3) 坐标轴参数
包括轴名称、所属通道号、轴类型、单位内部脉冲当量、正软极限位置等等
(4) 轴补偿参数
(5) 硬件配置参数
硬件配置参数可以看做是系统内部所有硬件设备的清单。共可配置32个部件，从部件0到31，每个部件包含5个参数。
用户参数是供用户在使用机床时设置的参数，可根据机床使用的情况进行调整，其设置合理可提高设备的效率和加工精度。HNC-21系统中用户参数包括PMC参数、外部报警参数、机床参数、DNC参数设置、过象限突跳补偿。其中最重要的是PMC参数。
PMC参数是直接与机床PMC程序相关的参数。对于数控车床由于未接入主轴因此该参数用的不多，而数控铣床由于没有“编辑PLC”，所以关于PLC一些引脚的修改可以通过该引脚实现。例如数控铣床的X2.4“外部运行允许信号”，由于未接入XS11口需要将其改为XS10 端口相应的引脚（实际接线时改至X1.7）。
2.3 驱动器伺服参数的设置与调试
驱动器参数设定，首先设置与电机和上位机匹配的参数，是其相互间正常传递信息。
（1）首先需要对控制模式进行设定。此处即将控制模式设定为位置控制模式，所以设定Pr0.01=0（Pr0.01表示控制模式的设定）；
（2）其次需要对脉冲输入进行设定。对于脉冲信号，由于脉冲指令具有2相脉冲（即正交脉冲或AB相脉冲）、正向/负向脉冲和脉冲列+符号三种。而数控系统参数中设置的是单脉冲，即正向/负向脉冲，所以需要对驱动器[分类0]中的指令脉冲进行设置：
- Pr0.05 指令脉冲输入选择。设定Pr0.05=0，即选择光电耦合器输入脉冲信号
- Pr0.06 指令脉冲旋转方向设定。其设置指令脉冲输入的旋转方向。默认值Pr0.06=0，在下面的故障诊断一节中将介绍其设置。
- Pr0.07 指令脉冲输入模式设定。由于数控系统发出的脉冲为脉冲+方向信号，所以需要将其设置为相应类型脉冲。即设置为Pr0.07=3（脉冲+方向）。
（3）在设定了脉冲类型的匹配之后，还需要设置脉冲数的匹配，称为反馈电子齿轮。
（4）增益调整。驱动器需要根据上位机的指令尽可能无延迟且精准的按指令要求驱动电机。为使电机动作更接近指令值、最大限度地发挥机械性能，需要进行增益调整。
2.4 电子齿轮
(1) 二级电子齿轮
世纪星系列数控装置的控制软件具有二级电子齿轮比，其中第一级电子齿轮调整零件程序指令与机床实际移动距离的匹配关系，称为外部电子齿轮；第二级电子齿轮调整位置指令与位置反馈的匹配关系，如图4-1。
以数控铣床的电子齿轮设置为例。
由下图可看出，如果外部电子齿轮比设置错误，会造成程序指令与机床实际移动距离不一致，在实际调试过程中，若设为5/32，则MDI 方式下执行“G91 G01 X05 F100”后测量X轴移动距离会发现机床运动32mm;反馈电子齿轮设置错误，会造成指令脉冲和反馈脉冲不一致，会出现下面两种报警：
a) 电机静止时跟踪误差大于定位公差参数的设置会出现定位误差过大报警。
b) 电机运动时跟踪误差大于最大跟踪误差参数的设置会出现跟踪误差过大报警
所以应先设置反馈电子齿轮消除报警，再调试外部电子齿轮。
(2) 驱动器分倍频
首先确定编码器分频之后其每转脉冲数，设定机床的位置分辨率为0.001mm，由于机械系统丝杠的螺距为5mm，编码器每转应该反馈脉冲数为5/0.001=5000脉冲/转。考虑到伺服内部4倍频作用，Pr0.11(每旋转1圈的脉冲输出数)设定为1250。为使脉冲匹配，CNC中坐标轴参数“每转脉冲数”设置为1250。参阅松下伺服说明书，对指令脉冲输入进行分倍频处理，使得指令脉冲与编码器实际每转脉冲数（2^{20}=1048576脉冲/转）相同，下图为脉冲分倍频设置示意图。
2.5 变频器参数的设置与调试
CNC控制下，上位机CNC发送模拟电压信号至变频器，变频器再根据控制信号将电压和频率不变的交流电变换直流再变换为电压或频率可变的三相电U/V/W，输送给主轴电机。由于目前工控机配置的运动控制卡不支持主轴功能，因此在双系统进行切换时需要对变频器的控制方式进行设置，通过变频器面板调节相关参数，由CNC控制模式下的外部端子输入改为内部运行方式。此外，工控机控制方式下，主轴的转速需要手动调节频率值进行控制。与其相关参数如表
3 PMC调试
3.1 PMC说明与设置
HNC-21T车床PLC调试和HNC-21M铣床PLC参数设置相近，且HNC-21T要比HNC-21M铣床PLC量多，且有相对应的PLC参数配置界面，下面以该系统为例介绍PMC参数设置与调试。
数控机床的开机与停机、主轴的启停、润滑与冷却的开关、工件的装卸、工作台的变换等动作是通过控制继电器、接触器、电磁阀等元器件来执行的。数控机床采用PMC逻辑控制装置对这些开关量进行顺序和时序控制。HNC-21系列采用内装式PLC，即将PLC单独制成一块板，插装在主板插座上。其与CNC共用CPU，使用CNC系统的I/O口。因此，其称为可编程机床控制器（PMC）。
1) X信号: 机床输入到PMC的信号，如机床操作面板输入按钮和按键等。
2) Y信号: PMC输出到机床、使机床强电动作的信号，例如主轴的正反转等。
3) G信号: PMC输出至CNC的信号，这些信号中有些是启动CNC的一个子程序，这些子程序是CNC控制软件的一部分。
4) F信号: CNC输出至PMC的信号。其中一些信号是反映CNC运行状态的标志，表明CNC正处于某一状态，例如报警状态，正常运行状态等。
PLC系统配置说明：PLC的配置涵盖了车床所具有的功能，具有以下5大功能，机床支持选项配置；主轴输出点配置；刀架输入点定义；面板输入/输出点定义和外部输入/输出点定义。
用户在此可以设置刀具到位输入点以及刀架正反转。由于刀架是普通机床上的手动刀架，且为了调用刀具偏置建立共建坐标系，所以将1号刀到位的PLC输入点更改至X2.1
3.2 PMC调试
检查所接入的各个开关量信号是否正常动作，如急停、限位开关信号、驱动器控制量（使能、报警、伺服准备）等开关量信号。在CNC中“故障诊断F6”中的三级子菜单“状态显示F4”下有关于这些信号的二进制显示。每8位为一组，每一位代表一个输入/输出信号，且一般X[00]的8个数字从右第一位到左第8位代表输入X的第一组开关量输入（即X0.0~X0.7）。
(1) 检查PLC输入输出
若所连接的开关量有动作，则其所对应的开关量数字状态会发生相应的变化，从而可以检查开关量的连接是否正确。对照双系统数控铣床电气原理图和接口定义，这个检查所接入的PLC输入、输出点的连接和逻辑关系是否正确。
(2) 检查机床超程限位开关是否有效，报警显示是否正确
人为的触发限位开关（本实验台限位占用X0.0~X0.5,6个输入点），检验信号能否使系统产生急停，数控面板上按下“故障诊断”会显示报警信息。如，接入X0.1系统会报警显示X轴负向超程
4 故障现象与解决办法
数控机床的故障大致可以分为：电气故障，系统故障以及机械故障。且对应每类故障均有相应的排除方式，本文就在实际操作电气连接和调试过程中遇到的一些问题进行阐述。
数控系统故障诊断较多，且也较复杂，因此本节指就在实际操作过程中出现的一些问题进行探讨和分析。
(1) 数控系统白屏
一方面可能是CNC硬件损坏，此时需要及时与厂家联系；还有可能是输入的直流电源（DC24V/AC2V）极性错误，在实际操作中曾遇到过由于驱动器的控制信号部分电源的正负公共端发生短路，且整个系统共用一个直流稳压电源，从而导致电源的短路，进而造成CNC系统白屏。这种失误是很危险的，严重的话会烧毁元器件，所以要尽量避免。
(2) 机床一直处于急停的状态，不能复位
在实际调试设备时发现CNC面板上始终显示急停，无法复位。就电气方面来说其可能是接线松脱，可以根据如下急停回路接线图进行查找
手持单元和数控面板的急停按钮功能一样。且若手持单元未接入，应该将XS8的P4和P17短接。
对于将外部运行允许X2.4改为X2.0（数控车床），则可以利用CNC故障诊断-状态显示中的X2的第5位是否由0跳变为1来诊断。若果该位仍为0则说明急停回路未导通，X2.0输入信号口没有信号输入，利用万用电表检查接线并作相应改正。
(3) 定位误差太大
定位误差太大主要是由于编码器位置反馈与指令位置超出“坐标轴参数”中的“定位允差”设置值。
从实际的调试过程中发现开机之后，在“手动”运行方式下，按相应轴控制按钮，松开后出现定位误差过大。其原因如下：
由于双系统换接过程，未完成D型口插拔换接环节，从而导致无编码器反馈，进而产生跟随误差过大报警。
由于参数设置错误，主要是脉冲的匹配问题，即电机每转发送脉冲数需等于每转反馈脉冲数，比如CNC“坐标轴参数”中“电机每转脉冲数”为1250（电机反馈），而驱动器每转脉冲数为2500（指令脉冲），这样的话就在电机转动一个角度的时候会发生报警。另一方面方向可能设置错误，对于反馈电子齿轮比其计算值为-1:1，这时驱动器的旋转方向设定参数Pr0.00设置应为0（即正向指令时，从轴侧看电机为顺时针方向旋转），这样编码器反馈回来的信号和指令信号可以匹配上。
(4) 数控机床开机后发现“机床指令坐标”某一坐标轴坐标出现跳动
之所以出现跳动应该是编码器反馈回的位移量（间接量）出现信号间断，或者受干扰。经检查，是由于该轴在控制柜的D型转接口的插头松动。经改正之后发现问题消除。
(5) 数控车床编写调试程序之后发现刀具偏置错误
该程序第一行为“N10 T0101”，之所以会出现“出错：程序第一行，轴XZ 01号偏置设置无效 请重新设置”的出错提示，是由于“1号刀到位”信号未接入。系统默认该信号的引脚为X3.3，还由于XS11输入端未接入，因此在“PLC”的子菜单“编辑PLC”中需要对其进行重新设置，目前将该引脚改至X2.1,然后直接将X2.1对地（24VG）短接，且在此处的设置需要用上下左右方位键配合“Tab”键进行切换，“ENTER”键进行修改。
需要注意的是由于将“1号刀到位”直接对地短接，那么在今后调用刀偏时只能调用1号刀刀偏。
(6) 数控机床开机后偶尔出现机床位置丢失
此故障目前为止暂未弄清楚原因，可能和本试验台没有设计机床原点有关。但是可以通过“手动”运动模式下，移动一个坐标轴解除故障。
(7) 实际调试时发现机床实际位移与指令不一致
在MDI运行方式下运行“G91 G01 X5 F100”，用直尺测量机床X轴实际运行32mm.出现这种情况一般是CNC外部电子齿轮比设置错误。经检查发现电子齿轮比设置为5:32，根据之前的计算数控铣床的电子齿轮比应该设置为1:1.更改参数后机床则可以正常运行。
5 驱动器故障诊断
对于数控机床伺服系统出现故障，经常要用到交换法来确定故障范围，其包括:
a) 驱动器所用电机的交换;
b) 驱动器所用电缆线的交换;
c) 驱动器所用控制接口的交换.
针对松下伺服驱动器的故障检查可以尽可能的利用前面板，由于前面板有4中模式，即监视器模式、参数设定模式、EEPROM写入模式和辅助功能模式。驱动器的故障排除以及维修需要充分利用前面板的故障显示功能，例如当电机不能旋转时可以利用监视器模式下在“d17”显示值查阅相关故障原因，并有针对请的进行修正。
在实际使用中经常遇到如下三种故障形式：
(1) 森创驱动器上电后数控系统出现“轴未准备好”报警
出现“轴未准备好”报警，其原因出在SRV-READY(伺服准备信号上)上，由图3-8可以看出，伺服准备信号为在驱动器完成上电初始化后向上位机发送24信号。经检查发现接线没有错误，经检查驱动器参数发现，发现未对驱动器的“Ｆ3a”参数进行设置，使得系统不能上电之后不能有效发出伺服准备信号，从而CNC会出现报警。此点可为森创驱动器其他开关量信号的连接和故障诊断提供参考。
(2) 内部使能故障
松下交流伺服系统的使用中，不能用伺服-ON作为控制电机脱机的信号来直接转动电机轴。尽管在SRV-ON信号断开时电机能够脱机（处于自由状态），但不要用它来启动或停止电机，频繁使用它开关电机可能会损坏驱动器。
如果需要实现脱机功能时，可以采用控制方式的切换来实现：假设伺服系统需要位置控制，可以将控制方式选择参数Pr0.01设置为4，即第一模式为位置控制，第二模式为转矩控制。然后用控制模式选择输入（C-MODE，P32）来切换控制方式：在进行位置控制时，使信号C-MODE打开，使驱动器工作在第一方式（即位置控制）下；在需要脱机时，使信号C-MODE闭合，使驱动器工作在第二方式（即转矩控制）下，由于转矩指令输入未接线，因此电机输出转矩为零，从而实现脱机。
(3) 驱动器参数设置之后无效
驱动器的参数设置之后一般需要重启，比如松下驱动器参数Pr.11应该设置为1250（之前为2500），设置完之后持续按下驱动器前面板的“SET键”，直至其更新。重新上电之后发现该值未变更。而双系统数控车床采用的森创伺服电机，每次更改驱动器参数后只需持续按下“SET”键即可完成更改。之所以会出现这种情况是因为松下驱动器参数设置保存完之后需要将其写入“EEPROM”中，此部分的具体操作请参见《松下MINAS-A5说明书》的P2-71页相关内容。
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