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西门子840通道控制技术与APC控制
西门子840通道控制技术与APC控制摘要：并联机床的刀位文件预处理轴承的诊断管理转台分度不良的故障维修把握发展大势 放眼焊接创新 车削细轴常见的工件缺陷和产生原因坐标平面选择指令简介也谈刀具行业发展PLC实现机床主轴自动换挡冲床项目改造实例金属切削液的作用和要求的性能开放性数控技术的发展 我们差距在服务CK6130小型数控车床的研制三菱机床长刀杆镗孔加工实例宇航大型梁类零件开始数控加工剖分式同向平行双螺杆挤出机如何运用机加工高速技术满足量化生产首台全自动摩擦焊机在长春数控下线 PLC解密的误区及看法 中原丰业：大口径管材挤出生产安装成功 [标签:tag]
摘要：文章以卧式 加工中心 自动工作台交换(APC)控制为例，介绍了西门子840通道控制技术的特点。 1 前言 所谓数控系统的通道(Channel)控制技术，其实质就是并行处理。它使系统可以同时处理多个程序，提高了系统的性能与可靠性，降低了成本。运用这一先进技术，可以较好.
摘要：文章以卧式加工中心自动工作台交换(APC)控制为例，介绍了西门子840通道控制技术的特点。 1 前言 所谓数控系统的通道(Channel)控制技术，其实质就是并行处理。它使系统可以同时处理多个程序，提高了系统的性能与可靠性，降低了成本。运用这一先进技术，可以较好地解决多单元复合、多轴机床的控制问题。 西门子公司从810系统起就采用了通道控制技术，到了840系统，这一技术更为成熟。它不但增加了通道数量，而且还引入了“操作方式组(operatingmodegroup)”概念，使6个通道可在6种不同的操作方式下同时工作，可以执行全部辅助机能(如：M，S，t，H，D等)，且可以控制主轴。通过840系统特有的“程序与轴协调”命令(NC程序指令)，还可以灵活地控制与协调各通道、各轴的运动和控制。 下面以TMA-55OPN6卧式加工中心的自动工作台交换控制为例，介绍西门子840多通道控制技术的特点。 2 机床控制要求 TMA-55OPN6卧式加工中心是我厂从意大利进口的全功能卧式加工中心，采用西门子840数控系统。它带有6个台位的回转式工作台库，64把刀，能够进行七轴控制。该机床除普通卧式加工中心所具有的X、Y、Z、B(回转工作台)、C(主轴位置控制)这五个基本数控轴外，为了提高可靠性和效率，简化液压与机械传动系统，其刀库的回转和工作台库的回转都采用了数控轴进行控制，其中U轴为工作台库回转轴，V轴为刀库回转轴。因为随机刀库的刀具预选和工作台的输送都必须在机床加工时同时进行，这是多轴联动功能无法满足的(因为七轴并不是同时到位)。为此，TMA公司采用了西门子840通道控制技术。 TMA-55OPN6的轴与通道分配如表所示。 TMA-55 OPN6轴与通道分配表 轴号轴名称通道操作方式组备注1X11工作台左右运动2Y11工作台上下运动3Z11工作台纵向运动4B11工作台回转5V22刀库回转6E33工作台库回转7C11主轴位置控制三个通道由3个不同的NC加工程序进行独立控制，同时运行，通道间的协调由PLC程序、CNC的R参数、CL800专用宏程序指令实现。通道Z和通道3的控制原理基本相同。本文以通道3为例，介绍基本的通道控制方法。 TMA-55OPN6工作台交换控制的基本要求如下： 1) 工作台库的布置如图所示。6个台位互隔60°，组成了360°回转轴E，其中E=0°位置为交换位，E=180°位置为人工装卸位。考虑到工作台的配合精度，工作台库采用固定地址安装方式，1#位对应E=60°，依次类推。 <FONT color=#.机床工作台 2.交换门 3.工作台库 4.人工装卸位 5.装卸门 工作台交换装置示意图<FONT color=#) 在机床正常加工时，要求将工作台库上已完成加工的工作台自动转到人工装卸位进行装卸。在工作台库动作开始后，首先是将机床上的工作台取下，装入原台位，然后将所要求的工作台装入机床。以下两种情况属于出错：①与机床上工作台相对应的工作台库台位上已装有工作台；②所要求的工作台为已加工或未安装。 3) 当工作台交换命令发出后，机床进行工作台交换，动作顺序如下： ①取下工作台动作：(i)通道1将X、Y、Z、B轴运动到规定的坐标点上；通道3将机床上工作台对应的安装位转到交换位。两个通道同时动作，五个坐标轴一起运动。(ii)由电磁阀控制执行常规的交换动作。(iii)修改工作台状态数据，将交换位上的工作台状态置“已加工”，机床上工作台状态设“无工作台”，由M56辅助机能指令通过PLC程序控制实现。 ②装上新的工作台动作与取下时基本相同。 3 控制软件设计 为了能实现以上动作，该机床利用了840的R参数来表示各种状态。定义如下： ?R800：表示现在安装在机床上的工作台号(1～6)，“0”代表机床上无工作台。 ?R801～R806：表示1～6号台位上的工作台状态，“1”代表“未加工”，“2”代表“已加工”，“4”代表该台位无工作台。 ?R902：要求转到交换位的工作台号(1～6)。 ?R903：工作台库回转轴(E)状态信息，其中：Bit2=1代表E轴已完成回参考点动作；Bit2=1代表E轴已完成定位；Bit7=1代表现在交换位上有工作台。 工作台自动交换的辅助动作控制由以下M 机能实现： ?M53H**：将H代码写入参数R902。 ?M56：机床上工作台取下后使用本指令。将R800置“0”，现在交换位上的工作台状态置“2”(已加工)。 ?M57：机床装上工作台后使用本指令。将R800置“现在交换位所对应的台位号”，现在交换位所对应的台位上的工作台状态置“4”(无工作台)。 ?M80～M85：交换动作用辅助机能。 1）通道3的CNC程序该程序用于控制工作台库的回转。其设计思想是：开机后能自动完成回参考点动作；机床正常加工时，将已加工的工作台送到人工装卸位；自动交换开始后完成前述的动作。 2）通道1的CNC程序通道1为正常加工主通道，交换工作台命令通过子程序调用指令实现，L9101～L9106分别控制将1～6号工作台装入机床，这6个子程序的原理相同。 3）PLC程序负责参数的传送与辅助机能的执行。具体如下： ①利用840的数据传送功能块FB62进行以下处理；将E轴的回参考点完成信号(DB32D20.12)、精确到位信号(DB32D20.9)、现在交换位上的工作台检测信号(开关信号)写入R902的对应位；执行M53指令，将M53后的H代码写入R902；执行M56指令，将0写入R800，将交换位上的工作台状态置“2”(已加工)；执行M57指令，将交换位上的工作台号写入R800，将交换位上的工作台状态置“4”(无工作台)。 ②根据M80～M85指令，结合机床上的开关状态，完成交换门的开/关；拉杆前伸/缩回；工作台库的夹紧/松开等电磁阀的控制。 ③应特别注意的是：由于E轴的回转运动仅仅受到参数R902的控制，只要R902不为0，工作台库就要产生回转。因此，在设计PLC程序时一定要全面考虑工作台库的启动条件，切不可在程序中轻易传送R902。 ④为了保证有关工作台库专用的M 指令不被错误的操作启动，设计PLC程序时应对其加以保护。例如：只有在执行了特殊的M、H代码之后才允许执行这些M 指令，或者是只有在工作台库动作进行的特殊条件下才被启动，这些都是PLC程序设计时所必须考虑的问题。 4 通道控制要点与动作的协调处理 在TMA-55OPN6中，通道间的动作协调由PLC程序承担。其要点是： 1）为了调整与维修的需要通道3应有两种操作 方式，即：在正常工作时，始终处于“自动方式”；调整与维修时处于“维修方式”。两种操作方式的转换可以通过特殊的开关或特殊的辅助机能控制，该机床采用后者。对于840系统，两种操作方式的转换是通过控制DB12/D5.8～D5.11信号得以实现。 2）在两种操作方式下，PLC程序应选择不同的操作面板控制信号。正常工作时，通道3仅需处理NCSTART、RESET以及必要的通道进给停止、读取启动=禁止信号即可&调整与维修时，必须将全部操作面板控制信号传送到通道3，使得E轴可以像X、Y、Z、B一样进行全部操作与控制。通道选择是由面板上的“通道选择”键进行控制。 3）即使通道1发生报警，如不影响E轴的正常工作，就没有必要停止通道3的工作。但是，如果是通道3发生报警，则应立即或等待加工结束后使通道1进入停止状态，这取决于故障的程度。 此外，在840上还应设置有关的机器数据。 5 结束语 数控系统的多通道控制功能是近几年来发展起来的新颖控制技术，它可以较好地解决多单元、多轴控制的问题，这对于降低制造成本、提高系统性能和可靠性都十分有利。
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逆变电源无互联线并联均流控制技术的分析.pdf72页
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华中科技大学硕士学位论文 摘要 本文致力于SPWM逆变电源无互联线并联运行的研究。在介绍模块化电源系统发
展趋势及可靠性要求的基础上，根据逆变电源无互联线并联工作的特点，本文依次对
交流电源的并联电路模型、数字化锁相控制、并联系统环流特性及功率均分控制等问
题进行了系统、深入的研究。 ／在深入研究SPWM逆变电源并联运行过程中输出功率传输特性及电源系统内各电
源模块负载均分控制机理的基础上，建立了一套较完善的并联运行逆变电源系统的数
学模型和分析方法。根据逆变电源并联系统的均流策略和功率平衡关系，进～步分析 了采用有功调频、无功调压下垂特性的无互联线并联控制的工作原理、运行特性和实
现方法。 由于并联系统均流控制的控制量和被控量存在耦合关系，故传统的下垂控制算法
存在缺陷，本文在对此进行了分析的基础上提出了一种新的解耦控制算法，可以实现
均流控制算法中控制量和被控量的解耦。jo户7、一 本文采用了一种数字锁相环来实现UPS输出电压的频率和相位与市电保持一致，
并且用再调制技术来提高锁相精度。为了抑制UPS并联系统中的有功环流，相位 频
率 调节采用了锁相环加上相位下垂的方法。为了向负载稳定地供电，还实现了UPS
并联系统两种工作方式的平稳切换。 厂 、／／ ，―^／―J。――――、～
关键词：无互联线并联i莲墅蛾变电源； 并联冗余i蜓耦控制夕一b‘一 《19均流控帝吵锁相环广《雯亟!i!塑眵 ， 弋、 ＼ t l 华中科技大学硕士学位论文 Abstract This the dissertationfocuseson
of SPWMinvertersin without study paralleloperation interconnectionlines．Basedonintroduction
any aboutthe and of reliability tendency
modular arestudied
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基于DSP的逆变电源并联控制系统研究
【摘要】：
本文致力于模块化逆变电源并联控制系统的研究。文章以实际的科研项目为背景，在深入细致地研究国内外逆变电源模块并联控制理论和技术的基础上，设计了一种以高性能控制器DSP为核心构建的逆变电源并联控制系统。
文中，首先分析了SPWM逆变电源并联原理和系统的数学模型，并详细探究了SPWM逆变电源并联的一些特性，包括并联系统中的环流特性、并联系统的功率特性和电压闭环调节特性；同时，对几种典型并联系统控制方式也进行了比较分析，为本文并联系统的设计和实现奠定了理论基础。
在本文的系统设计中，针对单个的逆变器模块以及并联系统的特点，采用新型的逆变电源控制技术，对逆变环节进行局部改良，进一步提高逆变器的动、静态特性和各项性能指标。利用高性能DSP控制器和CAN总线设计开发了一套基于分散逻辑的并联电源控制系统，并对其分散逻辑控制策略，硬件电路和软件算法作了详细分析和说明。大量的试验结果表明了该系统的可行性和先进性，并且工程可实现性好。文中不仅提出了一种针对逆变电源并联控制方案，而且对设计DSP分布控制系统也具有一定参考价值。
在本文基于分散逻辑控制的逆变电源并联系统设计中，首次提出了优先级与抢占并发相结合的同步控制策略，以及并联系统中异步SPWM调制重定位锁相控制方法。有效地解决了逆变模块之间以及逆变电源和市电之间相位同步控制问题，同时降低了系统控制的复杂程度，也提高了系统的可靠性和工程实现性，为本系统采用的功率均衡原理、实现均流提供了必要的前提条件。在系统设计中，充分利用DSP的特点、将傅立叶变换算法运用于交流采样和功率计算发放进行了深入地分析，仿真试验验证了快速傅立叶变换算法的运用可以有效地抑制系统中环流产生，进一步提高系统性能。最后，本文对逆变电源系统运行中的环流产生及其特性进行了深入的分析。
【关键词】：
【学位授予单位】：武汉理工大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2003【分类号】：TM46【目录】：
中文摘要3-4
英文摘要4-8
第一章 绪论8-13
1．1 模块化分布电源系统的发展及其特点8-10
1．2 逆变电源的并联控制技术概况10-12
1．3 本文的选题意义和主要内容12-13
第二章 逆变电源的并联运行系统模型分析13-29
2．1 逆变电源并联原理13-15
2．2 并联系统的数学模型15-16
2．3 并联系统的系统模型特性分析16-24
2．3．1 并联系统的环流特性16-19
2．3．2 逆变电源并联系统的功率特性19-21
2．3．3 并联系统的电压闭环特性21-24
2．4 逆变电源并联运行时的控制方式24-28
2．4．1 集中控制方式24
2．4．2 主从控制方式24-26
2．4．3 分散逻辑控制方式26-28
2．5 本章小结28-29
第三章 基于DSP的逆变电源并联系统分析和设计29-49
3．1 单逆变电源模块分析与硬件设计29-34
3．1．1 逆变器主电路29-30
3．1．2 保护电路以及输出滤波器的设计30-34
3．2 控制部分的电路设计和分析34-36
3．2．1 数字信号处理器（TMS320LF2407A）的介绍34-35
3．2．2 SPWM波形的产生35-36
3．3 逆变电源分散逻辑并联控制原理36-40
3．4 模块间并联控制部分的设计40-46
3．4．1 并机部分硬件结构42
3．4．2 并机线的设计42-44
3．4．3 控制算法说明44-46
3．5 实验结果46-48
3．6 本章小结48-49
第四章 并联逆变模块同步控制的实现方案49-58
4．1 引言49
4．2 并联系统SPWM调制方式比较49-51
4．3 并联系统的异步SPWM调制方式51-52
4．4 基于分散逻辑的同步控制方式52-56
4．5 同步控制软件设计56-57
4．6 本章小结57-58
第五章 功率均衡控制理论和交流采样58-63
5．1 功率均衡控制实现并联的原理58-59
5．2 交流采样和功率计算59-62
5．2．1 积分和法59-60
5．2．2 离散傅立叶变换算法60-62
5．3 本章小结62-63
第六章 SPWM逆变电源并联系统的环流特性分析63-70
6．1 SPWM逆变电源并联系统中环流产生原因63-64
6．2 并联系统直流电源的连接方式分析64-66
6．2．1 独立的直流电源64-66
6．2．2 公用直流电源66
6．3 SPWM逆变电源并联系统开关模式分析66-69
6．4 本章小结69-70
第七章 全文总结70-71
参考文献71-74
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京公网安备75号宝士达(POWERSTAR)公司作为全球领先的高品质UPS生产商，长期致力于电源保护系统的设计、开发、制造、销售及推广。为客户提供可靠的电源系统解决方案。 宝士达公司坚持高技术与高可靠性并重的原则，始终倡导引入绿色节能环保理念来开发未来的UPS产品，同时不断致力于降低UPS的生产成本，减少用户的支付压力，并推出新一代模块化UPS，从而更好地贴近和服务市场。宝士达的产品已广泛应用于军事、宇航、电信、医疗、金融、证券、科研、制造业、商业、传播等领域。 宝士达公司生产的UPS电源容量从500VA-1200KVA，分为FREE、HP、GP、EPOWER、SPOWER、CMS、IMS等多种系列，可实现单机运行、双机冗余并联、多机并联、模块化系统等，在UPS市场中，其经营的UPS品种最全、功率最大、并机数量最多，从而能够满足各方面用户的需求。 IMS系列电力专用型模块化UPS电源，是宝士达公司一款隔离型模块化UPS电源产品，系统采用无主从并联、多级分散式控制技术，无运行瓶颈、性能可靠；由静态开关模块、系统监控模块和1到12个功率模块（可扩展到36个功率模块）并联组成，标配手动维修开关、C级防雷模块、232/485通信接口、远程监控软件，容量有60KVA、120KVA、180KVA三个系列，功率模块为5KVA，用户可根据负载大小随意选择；可随需设定为3/1或3/3的进出线方式；N+X冗余，可根据实际需求进行在线升级扩容；在功率模块的设计上，任一功率模块均具有输入、输出电流平衡分配功能，独有的系统性能分析器及超强的防浪涌电压能力；所用功率模块可采用热插拔模式随意进行扩充、更换，共享电池组，并可连接电力专用电池组；使用交流隔离变压器作为标准配置，以隔绝外界冲击对UPS系统或负载可能破坏，防护等级依照IP30的设计标准；在元器件选用上，采用符合工业级要求的高标准元器件并经过严格的检测程序，以保障产品稳定可靠。 （1）静态开关模块 静态开关模块主要用于逆变输出和交流旁路电源之间的快速切换，以全面提高系统的供电安全性和可靠性； 静态开关模块接收两组AC输入，选择一组输出，在线工作情况下，静态开关将功率模块逆变输出连接到系统输出上，如果功率模块在某一特定时间内不能够提供足够的电压，静态开关将立即切换到旁路电源；静态开关采用可控硅和交流接触器并联方式工作，它既解决了切换时间问题，又提高了静态开关的抗冲击和抗短路能力，使系统的可靠性、稳定性大大提高； 静态开关内部具备自检功、互锁、输出异常保护功能；瞬间掉电保护功能；输出过载、短路保护功能；在线更换不影响对负载供电。它可通过RS485通信方式与系统监控进行通信，随时发送和接收工作指令及各种告警信息。 （2）系统监控模块 系统监控位于机柜的偏上方，通过显示、操作面板，可以方便地了解系统的工作状态，查询参数及各种事件信息，系统安装完毕后，用户对系统的所有操作都可以通过监控器的操作面板完成。 系统监控对系统数据采集由双核16位处理器完成。显示器采用128&240的VDF技术，显示清晰靓丽。采用6键导航、3键操作的菜单形式，操作简便灵活，可存储1000余条事件记录。采用多级分散式控制技术，在线更换不用影响系统运行。 系统监控可提供RS232、RS485通讯接口，还有多路干接点输出，可选配TCP/IP扩展卡，满足用户对UPS的本地管理和远程要求，系统监控器分为三个区域：状态指示灯区、数据信息显示区、按键操作区，状态指示灯区通过LED的不同状态向用户提供简单的系统状态信息；数据信息显示区通过显示屏向用户提供详细的系统状态信息，系统监控显示：系统数据（SYSTEM）、模块数据（UPS MDULE）、历史事件记录（HISTORY）、功能设定（SETUP）四个操作界面，采用中英等多种语言显示，可随需切换，为用户提供友好的操作界面；按键操作区通过九个按键将用户的指令与系统联系起来，用户操作按键时，显示屏都有相应的信息显示。。 （3）功率模块 功率模块容量为5KVA/3KVA，采用三进单出在线式三变换技术，将市电整流和直流变换、升压后重新逆变成交流为负载提供持续稳定的电源，其输入市电为三相三线380V/50Hz，输入直流为220V或110V等电池组，输出为220V/50Hz正弦波交流电压，内置交、直流隔离变压器，市电输入、电池组和交流输出三者之间彻底隔离，可完全抑制电网中的各种浪涌干扰对设备和负载的冲击，更适合在恶劣的环境中使用； 模块内部具有开机自检功能、交流输入过/欠压保护、交流输出过/欠压保护、输出过载保护、短路保护、过温保护、输出异常自动脱离保护、电池过放电保护等； 模块具备完善的保护功能及智能通信接口，可与系统监控器进行通信，随时发送和接收工作指令及各种告警信息； 有效的模块防尘设计：IP防护等级为（IP30）、正面防护面网和滤网可在线拆卸清洗、可以在恶劣的环境中使用。 应用领域：特别适用于工作环境相对恶劣的工业和农电环境，以及发电厂专用。 性能特点：IMS系列模块化UPS系统不仅具有并联冗余的特性，可以完全取代传统的1+1、2+1并机系统，而且是一个&绿色电源&方案，交流输入采用12脉整流控制技术，可靠性高，运行稳定，隔绝对电网干扰（RFI/EMI），具有高输入功率因数PF大于0.95、低谐波失真、高效率以及高稳定性和可靠性的优点，配合功能强大的监控软件及全面的通讯界面，适合精密设备及机构，尤其电信、电力行业的应用。 ■冗余性：IMS系统为并联冗余逆变电源，三进单出或三进三出多制式运行，系统容量有60KVA、120KVA、180KVA三个系列，功率模块为5KVA，用户可根据负载大小随意选择。系统为模块式结构，由静态开关模块、系统监控模块和1到12个功率模块（可扩展到36个功率模块）并联组成。功率模块可采用热插拔模式随意进行扩充、更换；IMS系统阵列中采用无主从并联、多级分散式控制技术，所有功率模块平均负担系统负载，各并联模块皆为内置冗余的智能型独立个体，无需系统监控对并联系统集中控制，无运行瓶颈、性能可靠。任何模块发生故障后（包括系统监控），IMS系统的冗余设计便会充分发挥效用，全面保障设备正常运转，实现最大程度的故障冗余，同时用户可根据需要选择超过一次容错率的冗余； ■扩展性：IMS系统结构极具弹性，为冗余可升级系统，N+X冗余，可根据用户需求进行在线升级扩容。功率模块的设计概念是在系统运行时可随意移除和安装而不影响系统的运行及输出，使投资规划实现&随需扩展&，让用户随业务发展实现&动态成长&，既满足了后期设备的随需扩展，又降低了初期购置成本； ■可用性：具有超强的并联功能，是高端UPS技术的领先代表，其平均无故障时间值（MTBF）是传统UPS的1.5倍，平均无重大故障值（MTBCF）是传统UPS系统的3倍，平均修复时间值（MTTR）在系统正常运行状态下仅需5分钟； ■灵活性：电池组由系统中所有模块共享（包括充电和放电），其可按用户需求使用一组电池或并联多组电池来增加系统备用时间，采用灵活的电池接入方式，减少了电池电压和数量，提高了电池组的使用寿命； ■安全性：功率模块采用三相五线输入，在线运行时，无论工作方式是三进单出、三进三出、单进三出或单进单出，输出的负载是否平衡，输入市电的零线均无电流、无电压，都可以满足各类关键设备对零地电压的安全要求；功率模块内置隔离变压器，可有效隔绝外界冲击对UPS系统或负载可能破坏； ■环保性：IMS系统的PFC电路使用先进有源平均电流控制技术，绿色电源，隔绝对电网干扰（RFI/EMI），输入THDI小于5%，输入功率因数PF大于0.95。线性负载条件下，极大降低电网污染，有效减少电网负荷和电源损耗，大幅节省能源；采用连续电流模式（CCM）运行，减少电网干扰（RFI/EMI）； ■管理性：内置完善的电源分析及多种通讯接口，配备智能化监控软件，手动维修开关、C级防雷模块、LAN、232/485通信接口、远程监控软件均为标准配置。通过各种通信接口与管理员进行双向互动沟通，管理员可随时对系统进行远程监控，对一些异常现象进行预处理；每个模块内部设置专门的充电整流器，可靠性高，无高频杂波，避免高频波对电池寿命的影响及电池在充电时过热，延长了电池的使用寿命；系统监控可自动对电池组进行均浮充转换和限流充电，可设置均浮充电压和充电限流值；具备温度补偿和自放电检测功能； ■维护性：采用了先进的UPS模块热插拔技术，单体模块可任意在线投入或退出并联单元，无需停电操作，实现了并联系统的在线维护，同时该操作无需专门的仪器和技术即可进行。