西门子6ES7212-1AE40-0XB0技术参数
随着制造业的发展，五金、广告制品加工等行业对高速高精度雕刻机的需求与日俱增，而适合驱动高速电主轴的驱动器也在不断发展，电主轴通常采用变频调速方法，其驱动控制特性为恒转矩驱动，输出功率和转速成正比，基频以上的调速也在越来越多的场合得到应用。
高速主轴电机能够实现高速运转，除了凭借电机本身的高速特性，还需要有一台能够驱动其稳定运行的高频输出变频器。台达C200系列变频器是包含高频输出功能的通用变频器，丰富的功能和良好的驱动适应性使它在多种应用场合表现出色。
本文将介绍C200变频器高频输出功能应用在某厂牌雕刻机所配置的主轴驱动系统，变频器在900Hz加工工件，达到完美效果。
调试设备我国华南某品牌雕刻机，主轴电机为国产高速主轴，该电机极数为4极，功率5.5kW（VFD055CB43A-20），额定电压380V，额定频率450Hz，额定转速13500rpm,高输出转速27000rpm，用户对变频器调试的要求为：主轴工作在速度开环平稳启动的前提下，电机转速达到27000转重载切削测试。
下面将介绍C200在雕刻机电主轴的调试过程。
图1 变频器主回路配线图
调试步骤：
（1）变频器上电前，检查配线是否正确，接地布线是否良好可靠；
（2）00-02=9恢复出厂设置（基底频率50Hz）；
（3）检查机种代码00-00是否与机型相符；
（4）基本参数设置：VF控制模式是依照电机本身适用的VF曲线对变频器进行参数设置，终达到变频器输出电压频率曲线符合电机的VF特性。
01-00=900 高操作频率900Hz（设置前需确定当前变频器为高频版本）；
01-01=450 电机额定频率450Hz；
01-02=380 电机额定电压380V；
高速电主轴带载工作时，一般需要作过转矩限制或电流限制，以确保主轴不会因过转矩或电流过大而损坏，所以一般在机器运转前需要设置保护参数：
06-06 出现过转矩OT1报警后，立刻停止运转
06-07 过转矩报警电流准位
06-08=1 过转矩时间准位1s
06-12 变频器输出大电流限制
01-12=5 01-13=5 加减速时间均为5s
参数设置完成。
用监控软件查看0~900Hz加速和减速运转时的波形。
图2 加减速时的变频器频率命令、实际输出频率、DCBUS电压波形
由图2中所示为电机加速、减速运转时的波形，可见由于减速时电机回升能量造成变频器直流母线电压上升，触发变频器刹车电阻工作，直流母线电压维持在可接受范围内，说明变频器在快速加减速时能够有效控制变频器输出，在刹车电阻的辅助下，保证了系统的安全正常运转。
本次调试也进行了C200重载切削测试，相同机台同样测试条件下，5.5kW C200与台达B系列5.5kW变频器驱动相同主轴电机，对切削工件效果进行对比，发现切削效果没有区别，C200驱动主轴电机的加工性能与同文件B系列一致，C200变频器在现场得到了用户的肯定。
图3 C200与台达B系列同样测试条件下切削效果对比,效果相同
台达C200变频器支持高频输出，驱动高速电主轴的典型应用，能够完全满足雕刻机行业对主轴系统的技术要求，进一步拓宽了C系列变频器在该行业的应用范围。
在日常生活中，各种形状（如圆形、椭圆形、方形等）的玻璃瓶，如玻璃酒瓶、化妆瓶、饮料瓶等被广泛应用。瓶身上的精美图文，既作为产品的标识，也带给了人们美的享受。玻璃瓶丝网印刷机，就是一种将各种精美图文印刷于玻璃瓶瓶身的机械。
1 机械结构概述
玻璃瓶丝网印刷机主要由入瓶输送带、理瓶机构、夹放瓶机构、印刷机构和出瓶输送带几部分组成，包含理瓶轴、横移轴、旋转轴、上下轴、刮板轴和丝网轴共6轴。机械外形如图1所示。
①－入瓶输送带 ②－理瓶机构
③－夹放瓶机构 ④－印刷机构
⑤－出瓶输送带
图1 玻璃瓶丝网印刷机外形结构
2 设备动作要求介绍
2.1设备工作过程
“入瓶输送带”将上游来的玻璃瓶送入“理瓶机构”。“理瓶机构”可根据玻璃瓶的形状和大小，更换相应的夹具。
“理瓶机构”用机器视觉对送来的玻璃瓶进行定位，保证“夹放瓶机构”夹取的瓶每次能在同一角度被送入“印刷机构”的旋转轴夹具。
“印刷机构”以旋转轴作为主轴带动玻璃瓶旋转，上下轴、刮板轴和丝网轴作为从轴与主轴保持凸轮关系，共同完成瓶身图文的印刷。
印刷完毕的玻璃瓶再由“夹放瓶机构”放入“出瓶输出带”，完成整个产品的加工。
2.2玻璃瓶外廓位置扫描
印刷圆瓶时，由于瓶径固定，只需旋转轴与丝网轴相对运动，刮板轴和上下轴保持不动即能完成印刷，相对容易。
印刷方瓶时，也只需根据方瓶的长、宽尺寸和要印刷的面数，就能确定旋转轴与上下轴、刮板轴和丝网轴所应有的运动关系。
而椭圆瓶形状较复杂，不易直接计算，所以印刷时，需对玻璃瓶的外廓进行位置扫描，再以这些测取的数据来构建印刷过程中所需的主从轴的电子凸轮关系。其过程如下：
扫描前，先拆掉丝网和刮板，在其相当的位置装上水平光电开关和垂直方向的距离传感器。光电开关产生的水平光束相当于丝网位置，在被物体阻隔时输出信号；距离传感器产生的垂直光束相当于刮板，其功能为在指定距离上（如图2中尺寸a所示）检测到有物体时输出信号。
当椭圆形玻璃瓶在旋转轴上安装好，未作旋转时（顺旋0度），如图2所示，玻璃瓶位于A位置，距离传感器位于C位置。
图2 玻璃瓶顺旋0度的外廓位置扫描
扫描开始，上下轴首先带动玻璃瓶上移至水平光束感应（如图2中B位置），此感应信号被控制器检测并作为上下轴位置的抓取信号；然后，刮板轴带动距离传感器右移至垂直光束在a距离上有物体感应（如图2中D位置），此感应信号被控制器检测并作为刮板轴位置的抓取信号。
抓取到这些位置数据后，上下轴再带动玻璃瓶返回A位置，距离传感器也返回C位置。然后旋转轴将玻璃瓶顺旋10度后，再重复上述过程。
按此方法，每次将旋转轴玻璃瓶顺转10度，就扫描、抓取、存储一次上下轴和刮板轴的位置。再使用这些数据，就能建立旋转轴与上下轴、刮板轴的凸轮曲线。一般情况下，因为玻璃瓶的外形对称，所以只需扫描到90度就能建立主轴旋转360度的凸轮曲线。
3 系统配置
根据上述机械结构与动作要求，确定控制系统架构如图3。
图3 控制系统架构框图
根据系统架构需求，确定采用如下表1所示的产品型号及数量。该架构中，HMI与DVP10MC11T的通讯连线有2条。一条为RS485，一条为Ethernet，分别与DVP10MC11T的PLC模块和MC模块连接。
4 程序实现
4.1 触摸屏画面编辑与操作
“印刷产品选择画面”中，右侧按钮用于选择需印刷玻璃瓶的形状，可选择“椭圆”、“圆”和“方形”，左侧按钮用于进入相应形状产品的设置画面。以印刷椭圆型产品为例，图4为“椭圆型产品设置画面”。
图4 椭圆产品设置画面
在该画面中设置好相关参数，然后按下“扫描开始”按钮，就能对椭圆型玻璃瓶外廓位置进行扫描。点击“下一页”，可对扫描到的数据进行查看。
扫描完成后，再按 “凸轮写入”按钮，便可将扫描到的数据进行运算和写入电子凸轮表。
4.2程序编写
DVP10MC11T的PLC模块部分主要用于接受外部的传感器、开关、按钮等信号和送出输送带、气缸等的控制信号，并监视和触发MC模块的运动控制，承担整个生产过程的逻辑控制任务。
而MC模块主要用于完成印刷各轴的运动控制，下面主要对MC模块的电子凸轮建立和运作部分进行介绍。
首先在CANpenBuilder软件中，作运动控制网络组态如图5。
图5 10MC运动控制网络组态
完成后，规划运动控制程序，其中包括：伺服ON及寸动，归原点及点动，配方功能，自动丝印、数据采集与凸轮建立、各轴状态及数据交换、椭圆相关计算、自学习调试、圆相关计算及凸轮、横移轴及其他。
数据采集和凸轮建立：使用MC_MoveAbsolute和MC_MoveVelocity让2、3轴按“玻璃瓶外廓位置扫描”要求动作，检测到感应信号I1、I2后,读取2、3轴位置。再使用Offset_R指令（浮点数变址寄存器指令）将读取到的bbbbbbbb数据变址送入指定的寄存器区块。
DVP10MC11T提供了2048个电子凸轮关键点，每点有4个寄存器进行设置。如第1个电子凸轮关键点的4个寄存器编号和通讯地址如图6所示。
图6 电子凸轮第1个关键点的寄存器编号和通讯地址
这样便可通过给关键点的寄存器赋值来动态修改一个已经建立且确定了凸轮点数的CAM表的凸轮曲线。而使用DMC_CamSet指令可激活修改后的凸轮曲线。按此方法，作出的椭圆型玻璃瓶印刷的上下轴、刮板轴的凸轮曲线如图7、8所示。
图7 椭圆瓶印刷的上下轴凸轮曲线
图8 椭圆瓶印刷的刮板轴凸轮曲线
而丝网轴的凸轮曲线是根据触摸屏上“椭圆周长”设置，对已建好的丝网轴凸轮曲线作缩放比例完成的。其返回再由定位指令完成。
自动丝印：按下启动按钮，PLC模块在玻璃瓶定位完成和夹瓶放入旋转轴后，便启动MC模块的凸轮啮合。这主要是对MC_CamTableSelect、MC_CamIn、MC_CamOut指令进行使用。
其中MC_CamTableSelect指令用于选择凸轮表，本项目中建立的CAM表种类包括：上下轴、刮刀轴、丝网轴、圆、四角瓶上下轴、丝网新、放大丝网凸轮、四边形刮刀轴、四边形丝网轴。