西门子驱动优化过程说明

数控转台调试与优化【摘要】随着工业技术的快速发展，数控机床产业已经成为我国国民经济发展的基础性产业，是国防军工发展的战略性产业，是高新技术产业发展的载体，更是国家竞争力的重要标志之一，已经成为我国机床制造业发展的总趋势，目前在国内，三菱、FANUC、SINUMERIK数控系统广泛应用于各类数控机床上。

对于机床制造商来说，数控系统的驱动伺服参数调整是非常有必要的，而且也是一个难题。

本文结合笔者在采用西门子S120型数字交流伺服驱动的数控转台上的调试经验，对一些具体的伺服参数调整和优化过程作出了分析说明。

【关键词】数控机床;转台;伺服调试;驱动器优化;增益1.转台的结构机床转台的结构采用端面闭式静压导轨+径向滚动轴承结构，采用闭式静压导轨，可以提高端面跳动精度，吸收震动，承受双向载荷和倾覆力矩，滚动轴承可以方便控制径向精度，确保工作台在负载情况下的高刚度和高运动精度，工作平稳无爬行，承载能力高等特点，转台的回转角度是通过伺服电机经精密减速机构进行驱动，并且采用圆光栅进行全闭环控制，达到角度的分度精度要求。

2.转台电机的配置该转台的伺服电机不是采用S120标准的带有Drive-cliq 接口的电机，因此首先需要经过SMC20进行编码器的接口转换，另外在系统的拓扑识别过程中，驱动器对该电机无法识别，需要手动进行电机数据的配置，配置方法有两种：一种是通过电机的型号，在样本查出电机的类型，电机的代码，以及编码器的代码，然后再系统上按[SHIFT]+[ALARM],进入系统画面，选择[机床数据]—[驱动器数据]—[Sinamics IBN]在显示的界面输入相应的电机代码、类型、以及编码器类型，然后点右侧垂直菜单的保存参数，最后一定要将P0010先设置成1，在将P3900修改为3，待到P3900自动变成0时将驱动器断电以确保电机数据生效。

也可以用自动识别的方法，即在刚刚输入参数的界面点击[编码器数据],然后再弹出来的窗口按[继续]—[识别]—[继续]—[保存],也能完成不带有Drive-cliq接口的电机配置。

实验五 SIMODRIVE 611U伺服驱动的配置及优化一、实验目的1.让学生熟悉伺服驱动器调试软件2.让学生掌握伺服系统的调试及优化的方法和步骤二、实验设备1.RS-SY-802D数控机床综合实验系统2.计算机及RS232C通讯电缆三、实验必备知识Simocom_U伺服调试工具，是西门子公司开发的用于调试Simodrive 611U的一个软件工具。

其具有直观、快捷、易掌握的特点。

利用SimoCom U可设定驱动器的基本参数：设定与电机和功率模块匹配的基本参数。

利用SimoCom U可实现对驱动器参数的优化：根据伺服电机实际拖动的机械部件，对611UE速度控制器的参数进行自动优化利用SimoCom U可以监控驱动器的运行状态：电机实际电流和实际扭矩。

SimoCom U的主要画面说明：四、实验内容1.驱动器的调试2.驱动器的优化五、实验步骤1.驱动器的调试步骤一在断电的情况下（台式电脑要拔下电源插头！），用RS232电缆连接PC的COM口与611U 上的X471端口。

步骤二驱动器上电，在611UE的液晶窗口显示：“A1106”表示驱动器没有数据；R/F红灯亮；总线接口模块上的红灯亮步骤三从WINDOWS的“开始”中找到驱动器调试工具SimoCom U，并启动；步骤四选择连机方式步骤五进入连接画面后，自动进入参数设定画面：在软件的提示下进行参数的设定：1）定义驱动器的名称，通常可以用轴的名称来定义，如该驱动器用于X轴我们可以添入XK7124_X2)输入PROFIBUS总线地址:3)设定电机型号：4) 选择编码器，选择标准编码器( 2048 P sin/con信号，1Vpp) 如为其他编码器请选择Enter Data 并如实输入编码器数据。

5）选择运行模式6）直接测量系统的设定7）直接测量系统参数8）存储参数9）配置完成611UE的R/F红灯灭，液晶窗口显示“A0831”—表示总线数据通讯；总线接口模块上的红灯亮若PLC控制电源模块的端子48、63、64分别与端子9接通，电源模块的黄灯亮，表示电源模块已使能；坐标轴配置的不正确可导致驱动及电机出现故障，如数据未存储也会在伺服单元掉电后，在伺服驱动器上出现1106号报警。

840Dsl系统-驱动优化使用 Sinumerik Operate 的自动伺服优化功能，通过一系列对话画面，实现单个轴和插补轴组的自动优化。

使用测量和伺服跟踪功能，检查伺服优化结果和轴动态特性。

本节主要通过V4.7 SP3版本的Sinumerik Operate 软件演示以下功能：· 单轴自动优化· 插补轴组优化· 检查或修改速度环或位置环的优化结果·检查或修改插补轴组的优化结果· 生成优化报告（单轴和插补轴组）· 保存优化结果· 重新载入优化结果· 电流环测量· 速度环测量· 位置环测量危险：驱动优化时需要注意安全，如利用行程限位监控等措施来保证在优化时的人身和机床的安全，这一点尤其要给予重视。

特别是垂直轴的安全保护。

1、驱动优化的说明当机床使用缺省设定不能满足要求时，需要进行驱动优化，主要步骤如下：· 利用自动伺服优化功能优化单个轴· 使用测量功能和跟踪功能检查和设定轴特性· 利用插补轴组优化功能优化插补轴· 使用圆度测试功能调整和匹配插补轴间的关系· 通用数据，通道数据和轴数据调整手动优化单个轴的顺序是：电流环、速度环、位置环、跟踪以及圆度测试。

如果机床或轴是首次进行优化，建议采用鲁棒性方案的优化，无需后续手动调整。

这样确保了在未手动优化的情况下，轴也能正确运行，控制器能正确设置。

现在轴可进行试车、对齐等。

第二步，再次执行优化，但现在是采用预期方案的带实际负载的机床（例如安装有卡盘和可能的工件）。

不带任何负载时，机床可能正好符合无负载运行，但是带有卡盘和工件时则不稳定，则可进行手动优化调整。

2、自动优化选项设置和方案选择2.1选项设置在对话屏幕“选项轴”中可通过软键“选项”控制自动伺服优化的过程。

2.2选择方案方案设置分为三部分：轴（一般方案设置）、转速（转速控制器）和位置（位置控制器）。

西门子伺服电机优化方法作者：郭晓建王营耿兴华来源：《数字技术与应用》2013年第04期摘要：国内加工业的迅猛增长使得数控机床的需求急速增加，数控机床的出厂前的测试很少带负荷测试，大多仅作功能测试。

进入生产领域的工作状态情况就不一样了，需要机床的磨合电机的优化以使其发挥最佳状态。

西门子数控系统涵盖高中低端，本文详析西门子多种电机的优化方法和注意事项。

关键词：Simcomu Startup tool HMI 高频转速低频转速优化伺服电机中图分类号：TM921.54 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0231-031 引言西门子数控系统在作为汽车零配件加工企业的渤海活塞加工机床中占据较大份额，涵盖了西门子由低端到高端的全部产品，有SINUMERRIK 801、802S、802C、802C/B、802D、802D/B、810D、 840D，基于网络技术的数控系统如SINUMERRIK 802DSL、828D 、840DSL 也有相当数量。

西门子的传动控制产品，不论是直流的系列还是交流的系列，调试过程中“优化辨识”是一个最基本的工作，也是一个必须要做的工作。

为了让机床电气和机械特性相匹配，实现有的放矢的闭环自动控制，得到最佳加工效果，需要对伺服电机速度环、位置环进行优化处理。

目前西门子电机优化有以下途径：（1）SINUMERRIK802C/D系列可使用Simcomu软件通过上位机进行优化处理。

（2）SINUMERRIK 802DSL、828D 、840DSL系统均在HMI上集成了先进的在线伺服优化软件，可以通过HMI对速度环位置环进行自动优化。

也可以使用Startup tool通过上位机进行，使用上位机与HMI在优化时显示及操作没有区别。

（3）SINUMERRIK810/840D 介于两者之间的产品，由于当时软件版本的限制，不全能通过系统HMI操作面板进行优化，可以使用Startup tool通过上位机进行优化处理。

一．驱动优化的必要性：数控系统的主要功能是把编制的NC 程序转变成相应的轴的机械位移，在轴位移的过程中，好的动态特性和稳定性是驱动稳定高效运行的关键。

特别在模具的高速加工中，要求系统有良好的动态和静态特性。

一般在机床调试时系统会给定一组相应轴的默认参数，但这些参数一般是为了保证系统正常运行的比较保守参数，驱动优化的目的是在现有的基础上尽可能提高系统的动态性。

二．驱动轴的结构：根据上图的机械结构可以看出来，实际的机床运动链是电机根据系统的运动指令位移相应的角度，电机的旋转运动经过连轴节转递到丝杠，丝杠又通过和工作台连接在一起的丝母把旋转运动转变成工作台的直线运动。

下图是轴的给定值和实际值的曲线图，从图可以看出来，给定值和实际值之间有一个差值，这个差值是因为系统的惯性和连接元件中的弹性变形引起的，这个差值就是系统的动态误差的主要组成部分。

影响系统的动态特性主要有以下几个方面：直线移动部分的质量，比如工作台和工件的大小。

旋转移动部分的惯性。

摩擦力，主要有工作台导轨之间，丝杠和丝母之间的摩擦力。

这些东西在机床设计以后就定下来了，所以大型机床的动态特性很难和中小型的机床比，同时机床的润滑情况也会影像系统的动态特性。

除了这些外，连接元件中的弹性变形也是影响系统动态性能的关键因素，比如连轴节等，一般说来，系统的刚性越好，系统的动态特性就越好，所以在优化之前先尽量在机械方面提高系统的刚性，比如检查去联轴节的连接，丝杠的间隙等。

下面是机床结构的简化图。

Position [mm]Time [s]10100从图上可以看出，电机的输出传递到工作台也就是负载上时要经过中间一些传递环节，对应传递环节的输出和输入比就是传递函数。

从理论上讲，一个理想的驱动传递函数是一个纯线性环节，只有这样，输出的会真实的跟随输入，但实际上在传递环节中存在好多的弹性环节，所以一个近似的传递环节可以简化为一个线性环节和一个弹性环节的组合，并且弹性环节部分的频率常常是好多的频率组合起来的。

西门子直流调速器6RA80优化及调试步骤【6RA80手动调试版本】一、出厂值01组P009=30P976=1P003=3（专家参数）参数设置这部分的设置在直流调速器的菜单中完成，基本设置顺序如下：1)切换驱动对象为1。

按FN+向上键,左上角数字闪烁，通过增减键选择为1。

2)设置参数访问等级：在P003 按FN 键，将P003设为3(专家)3)切换回驱动对象2。

按FN 键左上角数字闪烁，通过增减键选择为2。

后面设置参数时若右上角参数闪烁要将其改为2 后参数才能更改。

4)设置P0010 为1 进入快速调试（1、显示部分参数，0、显示全部参数）二、校励磁02组编码器参数先设P10=4 P400=9999P404=H0008P408=1000（编码器线数）P10=0 P2000=1200（最高转速）P50082=1（励磁模式）P50083=3（EMF反馈）P50100=5.0（电枢电流大小）P50102=0.2（励磁电流大小）P50397=1.5s（励磁检测时间）然后合闸，校励磁，较完做励磁优化P50051=24，看P50112（励磁绕组）。

三、转起来，看编码器P50388=199（速度差检测）P50401=5%（固定值）P50433=52401（速度源）合闸看R61、R63同向四、校电枢P50082=0（禁励磁）P50100=额定P50171=10% （电流正限幅）P50172=-10%（电流负限幅）校完P50082，P50171，P50172还原，做电枢优化P50051=25，看P50110（电枢绕组）五、用编码器P50083=2（编码器反馈），看R61、R63。

注意工作方向六、弱磁优化P50081=1（打开弱磁）P50103=10%额定（最小励磁电流）P50051=27 做完看P119（弱磁点）七、长按P保存P50078=400 （输入电压参考值）P50091.1=0.3（脉冲封锁）P50094=180 （风机延时S）P50112=300 （励磁绕组）P50116 （励磁电感）P50150=20 （整流角限幅）P50151=165 （逆变角限幅）P50155=0.1 （电流P）P50156=0.2 （电流I）P50158=0.5 （积分器斜坡上升时间）P50160=0.004（换向时间）P50225=5 （速度P）P50226=0.5 （速度I）P50275=0.4 （EMF-P）P50276=0.2 （EMF-I）P50296=2 （OFF3时间）P50303=6 （加速时间）P50304=8 （减速时间）P50355=0.0 （堵转时间）P50388=199 （速度差监控）P50433=2050.3 （速度源）第四个字P50605=2050.4 （张力源）第五个字P50771=2139.3[63] （故障输出）右上角一定要设成63P50772=53210.2[63] （风机输出）右上角一定要设成63P51580=H0005 （换向监控）P849=2091.2 （通信OFF3）=53010.1 （端子OFF3）P918 （DP地址）P2103=2091.7[63] （故障复位）右上角一定要设成63 （第二个字的第8位）写入：R2050.0~R2050.9 10个字R2090.0~15 R2099.0~15 对应每个字的16位读回：P2051.0~P2051.9 10个字899 状态字53010 数字量输入状态52190 速度给定%52167 速度反馈%52119 电流给定%52117 电流反馈%52265 励磁反馈%52149 转矩反馈%61 转速反馈rpm63 转速反馈rpm27 滤波电流反馈A励磁电流校正：原装装置按照电机额定电流设置P50102，扩容装置则先设置P50102=0.2，然后慢慢增大此值，直至直流钳表测到的实际值与电机额定励磁电流接近为止。

第9章 系统补偿功能与SIMODRIVE611D驱动优化363②对驱动器的速度控制器进行优化，提高驱动系统的增益，提高驱动系统的动态特性。

③利用数控系统的摩擦补偿功能对过象限误差进行补偿。

如果机械特性不好，创最低自然频率很低，增益不能提高，驱动器的动态特性差，摩擦补偿的效果也不会太好。

在机械特性得到改善的前提下，通过驱动速度控制器的增益，可以有效地减小过象限误差。

再利用数控系统的摩擦补偿功能对过象限误差进行补偿，可以取得较好的补偿效果。

图9-31所示为某个数控机床的圆度测试结果，位置控制特性的优化利用圆度测试来检查各个坐标轴的动态特性。

图9-31 通过圆度测试检查轨迹误差位置控制器是数控系统最重要的控制环节，其中关键的参数是位置控制器的增益。

位置控制器增益与坐标轴的跟随误差成反比，增加位置控制器的增益可以减小传动系统的跟随误差。

但是位置控制器的增益设定必须在速度控制器的特性优化完成的前提下进行。

假如速度控制器的特性很软，即使增大位置控制增益，实际的位置跟随误差也不会有明显的降低。

位置控制器相关参数参见MD32300和MD32200。

为了获得高的插补轮廓精度，应尽可能增大位置控制器的增益。

位置控制器增益可以提高多少，与位置控制器的调节周期（采样时间）及传动系统的最低自然频率有关。

然而过大的位置控制器增益会导致过高的位置超调，甚至出现位置控制震动。

速度伺服增益跟随误差上述公式表明了位置控制器增益与速度和跟随误差之间的关系。

当位置控制器增益一定时，坐标轴的速度越高，位置跟随误差就越大。

在坐标轴的速度一定时，未知控制器增益越高，位置跟随误差越小。

9.6.3 西门子611D优化的详细步骤西门子驱动611D的自动速度控制器的功能分为以下3种：①对3种不同的变量类型定义增益和复位时间（在“Mode”中选择的3种类型变量）。

②自动确定需要的任意电流给定值滤波（多达3个带停滤波）。