1．引言 

数字控制机床，简称数控机床（NC ， Numerical Control），是三十年来综合应用集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品，在机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和拥有量的百分比，是衡量一个国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志。 

台丰数控机械有限公司是一家中台合资数控机械制造企业，其生产的数控设备在许多领域有着广泛的应用，原来该公司机床全部采用进口变频器，现已逐步采用正弦303系列变频器。 

本文主要介绍正弦303系列变频器在该公司TFDC7060机床、TFDC500机床、TFDC650等机床上的应用：

  该数控车床适用于雕刻模具业、塑胶模具业、制鞋业、制表业、眼镜业、五金业、商标业、玩具业、工艺品业的加工等，能实现端面、外圆、切槽、内孔、圆弧、任意角度锥度等的车削。该车床主轴部分采用正弦303系列变频器。 

SINE303系列变频器轻松完成数控车床主轴传动控制。 

2．SINE303系列变频器特点： 

１）．磁场定向电流闭环矢量控制，电机变量完全解耦． 
２）．采用美国ＴＩ公司新款高性能32位电机控制ＤＳＰ，高速、准确完成复杂的控制算法，国内首家产品化应用。 
３）．０HZ时起动转矩能够达到150%额定输出 ，完全满足数控车床的的需求，确保机床在低速重切削时有强劲的切削力。 
４）．电机参数自动辨识功能，在线识别电机参数，保证系统的稳定性和性。 
５）．调速范围０～600.00Hz完全满足数控车床的高频要求 。 
６）．自动跟踪负载的变化并自动限定输出电流，使其不过允许的大电流值。即使负载突变、快速加减速，变频器也不发生过流、短路等故障，实现变频器配置的高性能、高可靠性。高速停机时响应快速稳定。 

3．变频器接线图

４．参数设定：

  ５．调试结果 

事实证明采用SINE303系列高性能矢量变频器完全能够满足机床主轴控制的要求。SINE303采用的的磁通算法，即使在低转速（低频）运行下也能平稳输出150%的转矩，以满足不同零件的加工需要，完全可以取代传统的滚动轴承主轴结构，并且此主轴结构简单、紧凑、可以实现真正的无级调速。此主轴的转速由外部模拟量信号来控制输出频率，在不同的加工工艺（如：粗加工、精加工等）需要不同的转速，此时可由数控系统输出不同的模拟量电压信号给变频器，实现不同的转速，同时启停信号也由数控系统控制，提高了自动化程度、延长了刀具的使用寿命。 

6． 结束语 

数控机床主轴一般采用交流伺服系统、进口矢量控制变频器以及变频电机，购置费用很高；SINE303系列变频器以其的性能（启动电流小、调速平滑、调速范围大、节能环保、运行稳定、精度高、低频转矩大、保护功能齐全、可靠性高、操作维护简便等）和优越的，在数控机床的应用上迅速崛起。

1  引言

           在很多往返式传动控制系统中，涉及到多点定位。在不同的定位点启动不同的机械动作。如图1所示的龙门刨床的机械传动示意图。

           如图1所示，传动系统从原点启动，中速行驶到1000mm，开始高速行驶，高速行驶到3000mm，开始低速爬行，低速爬行到终点（3200mm）停车。停顿2s。反向高速行驶，高速行驶到距原点200mm处开始低速爬行。到达原点停车，停顿2s后重新开始往返。在原点和终点的低速爬行的目的是为了避免系统惯性带来的定点误差，做到原点和终点的定位停车。

         
                              图1    龙门刨床的传动示意图
    2  系统组成

           速度的调节采用变频器，定位控制采用光电编码器和PLC高速计数器定位。如图（2）所示变频器和PLC接线图。

         
                               图2（a）PLC接线图

         
                             图2（b）    变频器接线图
    变频器的正反转由继电器KA1、KA2两个触点控制（对应PLC输出点Q0.0、Q0.1），速度的切换由继电器KA3、KA4触点完成（对应PLC输出点Q0 .2、Q0.3）。变频器故障报警输出触点（30A、30C触点）用于立即停止高速计数器运行，并由指示灯HR指示（对应PLC输出点Q0.6）。

           变频用具有多段速度设定功能，当KA3、KA4两个触点都断开时，高速行驶（速度）;KA3闭合，KA4断开时，中速行驶（第二速度）;KA3断开，KA4闭合时，低速行驶（第三速度）;KA3、KA4都闭合时，手动调节行驶（第四速度）。

           旋钮SF1（I0.1）用于手动/自动切换，并用指示灯HG1（Q0.4）表示自动状态。手动时，能够通过按钮SA1（电机正转）和SA2（电机反转）手动调节传动系统的位置。

           按钮SA（I0.2）用于传动系统在自动状态下的启动/停止控制。采用"一键开关机"方式实现启动/停止控制，用指示灯HG2（Q0.5）表示启动状态。

           行程开关SQ（I0.5）用于自动启动时，确定传动系统在原点位置，自动停止时，传动系统必须返回原点。行程开关SQ1（I0.6）、SQ2（I0.7）用于传动系统的两端限位，确保传动系统不能脱离设备。

                3  PLC程序流程图

           自动运行程序:SBR_1，如图3所示。
 

                 图3    自动运行程序
     中断处理程序:INT_0，如图4所示。
 

     4  关键技术

           （1） 高速计数器中断和预置值的多次更改实现多点定位实现多点定位控制的关键包括两点，点是设置高速计数器中断事件12（计数器当前值=计数器预置值），另一点就是在中断处理程序中更改高速计数器预置值。

           定位控制需要确定定位点与原点的间隔，以此确定定位点。

           丈量设备运行间隔，需要将单位间隔（mm）转换成脉冲量，通过光电编码器和PLC高速计数器记录脉冲量的变化。

           光电编码器的机械轴和电动机同轴。传动比=10，用于驱动设备的传动棍直径=100mm，光电编码器每转脉冲数=600个。可以计算出每毫米间隔的脉冲数为:

           每毫米间隔的脉冲数

           =600÷（10×100×3.14）≈0.19108脉冲/mm

           定点位和预置值比较，必须采用高速计数器中断方式，而不能采用一般的比较指令。由于一般的比较指令无法捕捉高速变化的事件。 

           所以，必须通过ATCH和ENI指令将高速计数器中断事件号12（计数器当前值=计数器预置值）与中断处理程序INT_0连接。在中断处理程序INT_0中，到达预置值时，重新装载下一次的预置值，并执行工艺要求的继电器输出，处理变频器的运行速度。

           在自动子程序SBR_1中，将高速计数器HC0设置为单相计数输进，取消外部控制功能。在原点和终点通过更改计数方向，便于中断处理程序INT_0判定变频器的运行方向。

           （2） 在中断处理程序INT_0中不能使用即是比较指令

           由于在一个中断处理程序INT_0中判定处理多个预置值。需要比较指令和计数方向来判定目前高速计数器计数当前值个阶段，根据判定来决定执行那一段指令。但是，判定不能使用即是比较指令，应该使用大于或小于指令判定。

           尽管中断事件（计数器当前值=计数器预置值）发生时，PLC立即中断当前主程序、子程序，执行中断处理程序INT_0中的指令。但是，在中断处理程序INT_0中，PLC仍然是按照逐条逐行的扫描机制执行。而高速变化的计数值不可能和中断处理程序执行同步，假如采用即是比较指令，PLC在执行中断处理程序时，可能会错过即是值，使PLC在中断处理程序中无法判定设备运行到哪个阶段。

           （3） 在自动运行时，高速计数器的初始值寄存器写进必须禁止由于多点定位需要多次装载预置值，写进预置值必须执行HSC指令。

           执行HSC写进指令，不单单是写进预置值，假如在控制字节中不加以限制，初始值寄存器SMD38中的值同样写进。而SMD38=0，这样，就会使高速计数器计数当前值置0。因此，在自动运行时，必须设置控制字节SMB37的第七位SM37.6为0，在装载预置值时，禁止写进初始值。

           但是，在高速计数器初始设置和返回原点重新开始运行时，又必须写进初始值，使初始值置0，避免机械原因带来的误差。因此，控制字节必须多次修改。遵循的原则是:答应写进初始值、执行HSC指令后，必须马上修改控制字节，禁止初始值写进，并再次执行HSC指令，中间不能有其它指令存在。由于，PLC是逐条逐行执行指令，中间没有其它指令，就不会产生不必要的影响。

           （4） 多点定位的输出线圈尽量采用立即指令

           采用高速计数器进行多点定位，主要为了定位。定位精度既决定于高速计数器的丈量，同时也决定于执行机构的执行快速性 。

           假如采用普通输出指令，在一个扫描周期的程序执行阶段，改变的仅仅是输出映像存储器，PLC的输出点不会立即刷新，只有在程序执行完毕后，PLC的输出映像存储器才能对输出点刷新，执行输出。

           为了增加定位精度，尽量采用立即输出指令。立即输出指令不受PLC扫描周期阶段的限制，在改变输出映像存储器的同时，立即刷新PLC输出点。

           （5） 自动/手动程序采用For-Next循环指令和子程序指令实现

           由于具有自动/手动功能。自动/手动程序采用For-Next指令和子程序指令。自动程序和手动程序实际上就是两个循环指令的循环体。而循环指令仅执行一次循环扫描刷新。

           手动子程序SBR_0和自动子程序SBR_1用于整个程序的分段，便于程序的理解，增加程序的可读性。

           For-Next循环指令的作用是使输出线圈能够重复使用，简化程序。由于，两个循环指令的执行由旋钮SF（I0.1）控制，不可能同时执行，循环体内的程序不能同时扫描刷新。这样，就可以使输出线圈重复使用，没必要采用中间变量的转换，大大简化了程序的编制。

           单单采用子程序或跳转指令也可以实现输出线圈的重复使用，但是，在子程序的切换和跳转指令的布置上非常繁琐。

           采用For-Next指令和子程序结合方法，就可以避免切换繁琐，在各自的子程序中编制程序，完全不必要考虑对方的程序，作为一个独立实体编制。这种方法的缺点就是各自的初始化编程有重复，但不会影响设备运行。

           5  结束语

           机械装置的高精度多点定位题目广泛存在于加产业及制造业的控制系统中，本文所先容的系统结构紧凑，安全可靠，十分实用。