結(jié)合CK0625數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計，研究了變頻調(diào)速技術(shù)在主軸驅(qū)動系統(tǒng)中的應(yīng)用。在Windows2000平臺下，通過使用MSComm控件及采用事件驅(qū)動的通信方式，利用VC++6.0開發(fā)了工控機與變頻器的通訊軟件，解決了工控機與變頻器的通訊問題，實現(xiàn)了主軸的無級調(diào)速。 1 前言 數(shù)控車床的主運動是主軸帶動工件作旋轉(zhuǎn)運動，主軸的旋轉(zhuǎn)精度決定了零件的加工精度。為了保證加工時能選用合理的切削用量，從而獲得較高的生產(chǎn)效率、加工精度和表面質(zhì)量，數(shù)控車床要求主軸的轉(zhuǎn)速在很寬的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，而交流變頻調(diào)速技術(shù)是實現(xiàn)數(shù)控車床主軸無級變速最有效的手段之一。 CK0625機床的硬件部分由運動控制器、工控機、交流伺服電機及其驅(qū)動器、交流異步電動機、變頻器等組成，屬于NC嵌入PC型開放式數(shù)控系統(tǒng)，其控制軟件在Windows2000開發(fā)平臺下用Visual C++6.0編制。本文將結(jié)合CK0625的軟件設(shè)計介紹工控機與變頻器的通訊及主軸無級變速的具體實現(xiàn)。 2 交流異步電動機的變頻調(diào)速 由電機學(xué)基本原理可知，異步電動機的轉(zhuǎn)速為： 式中：f1為供電電源頻率；p為定子繞組磁極對數(shù)；s為轉(zhuǎn)差率。 CK0625選用了型號為JW7134的三相交流異步電動機，其功率為750W，額定電壓為380V，額定電流為2.05A，額定頻率為50Hz，最高轉(zhuǎn)速為1400r/min，磁極對數(shù)為2。 異步電動機磁場旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速（即同步轉(zhuǎn)速）n0?？捎孟率奖硎荆? 將額定頻率50Hz，磁極對數(shù)2代人式（2），得 而電機JW7134的最高轉(zhuǎn)速為1400r/min，即n=1400r/min。 轉(zhuǎn)差率s的計算公式如下： 將n0=1500，n=1400代人式（3），得s=0.067。 CK0625的主運動采用了變頻調(diào)速技術(shù)，即通過平滑改變f1使轉(zhuǎn)速平滑變化的調(diào)速方法，將轉(zhuǎn)差率s=0.067代人公式（1），則CK0625主軸轉(zhuǎn)速與頻率的關(guān)系如下： 根據(jù)CK0625車床主軸的調(diào)速范圍、交流異步電動機的功率大小以及電氣柜的安裝尺寸，本數(shù)控系統(tǒng)選用了型號為VFD007M21A的0.75kW臺達(dá)通用型變頻器。 3 工控機與主軸變頻器的通訊 VFD007M21A變頻器帶有微處理器和通信能力，這樣就不用開發(fā)專用的通信接口。目前帶通信功能的變頻器主要采用RS-485或RS-232C通訊接口標(biāo)準(zhǔn)，該變頻器使用了RS-485通訊，通過RS-232CRS-485轉(zhuǎn)換器連接到工控機上，它采用了2線雙絞傳輸方式，即數(shù)據(jù)D+和數(shù)據(jù)D-，這種數(shù)據(jù)差動傳輸方式可以有效地消除干擾的影響，波特率最高可達(dá)到19200bit/s。 工控機與變頻器的通訊主要分為兩大部分：第一部分主要用來對通訊參數(shù)進行設(shè)置，如設(shè)置波特率、起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位、停止位以及通訊端口的選擇等，其具體值取決于變頻器通訊協(xié)議和工控機的配置情況。第二部分主要用來實現(xiàn)工控機和變頻器的通訊。在正常生產(chǎn)運行時，可能需要通過工控機對變頻器的功能參數(shù)進行設(shè)置，或者對變頻器的運行特性進行設(shè)置。同時，還需要讀取變頻器反饋回來的有關(guān)信息（如變頻器功能參數(shù)值、運行特性、實際頻率值、電機轉(zhuǎn)速值等）進行分析和動態(tài)顯示，并根據(jù)這些信息來控制車床的運行。 VFD007M21A變頻器采用USS協(xié)議（universal serial protoco1）。該協(xié)議通過主從結(jié)構(gòu)和串行通信的方式，實現(xiàn)對設(shè)備的訪問和控制。本系統(tǒng)中，變頻器通過雙絞線連接到工控機上，并通過工控機進行通訊控制。工控機與變頻器之間的每一次通訊信息由14個字節(jié)構(gòu)成，每一個字節(jié)采用標(biāo)準(zhǔn)的通用異步收發(fā)器（UART）格式：1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、1個奇偶校驗位和1個停止位構(gòu)成。 4 工控機與變頻器通訊的軟件設(shè)計 在計算機的串行通信中，常用的通信方式有三種：直接讀寫串口、利用WindowsAPl函數(shù)讀寫串口和利用串口通信控件MSComm操作串口。其中，直接讀寫串口即通過調(diào)用-inp（）和-out（）函數(shù)直接讀寫串口；利用WindowsAPl函數(shù)讀寫串口，即通過調(diào)用API函數(shù)中的CreateFile（）、ReadFile（）、WriteFile（）等函數(shù)操作串口。使用這兩種方法進行編程，比較復(fù)雜，且不直觀。而通過引進ActiveX控件MSComm，只需通過改變MSComm控件的屬性設(shè)置和編寫相應(yīng)的初始化程序，就能在Windows環(huán)境下簡單地實現(xiàn)不同用戶的串行通信要求，從而達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。因此，本系統(tǒng)中使用了MSComm控件實現(xiàn)串口通訊。 MSComm控件為應(yīng)用程序提供了通過串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡便方法，它提供了兩種處理通信問題的方法：事件驅(qū)動方法和查詢法。在本系統(tǒng)中，采用的變頻器回送的狀態(tài)信息1幀為14Byte，而且要求系統(tǒng)反應(yīng)及時，具有高可靠性。因此，編程采用了事件驅(qū)動的通信方式，用GetCommEvent（）可獲得onComm產(chǎn)生事件或錯誤的代碼。 根據(jù)USS協(xié)議，變頻器回送給工控機的信息報文為一組14Byte的十六位字，系統(tǒng)需要讀取其中的ADR字段和HIW字段，以獲取變頻器的運行狀態(tài)，再經(jīng)過數(shù)學(xué)模型的計算，可以得出并顯示主軸電機的轉(zhuǎn)速。 設(shè)計工控機與變頻器通信的軟件應(yīng)具備變頻器功能參數(shù)設(shè)置與讀取、變頻器運行特性、發(fā)送頻率值與變頻器運行時的頻率值讀取三個功能，后兩個功能在Windows2000平臺下利用VC++6.0進行編程實現(xiàn)。 利用MSComm控件進行串口編程的過程如下： （1）插入MSComm控件 在VC++6.0開發(fā)環(huán)境中，選擇MSComm控件插入程序，則系統(tǒng)自動為所插入的控件定義一個CM-SComm類，與其相關(guān)的文件保存在mscomm.h和mscomm.cpp文件中。確認(rèn)以上菜單選擇后，則MSComm控件已嵌入到項目文件中。利用Class Wiz-ard為其添加變量m_MSComm，程序中對串口的各種操作均通過該變量來實現(xiàn)，程序如下： 在MainOperPanlView.h中添加下面聲明語句： protected：CMSComm m_MSComm； 在CMainOperPanlView.cpp：：OnCreate（）函數(shù)中添加創(chuàng)建控件的語句： m_MSComm．Create（NULL，0，CRect（0，0，0， 0），this，IDC_MSCOMMl） ； （2）初始化并打開串口 在程序設(shè)計中，主框架類CmainFrm里的OnCreate（LPCREATESTRUCT lpCreateStruct）函數(shù)中進行初始化工控機串口，串口初始化一般說來要完成設(shè)定通信端口號（CommPort）、設(shè)定通信協(xié)議（Hand-Shaking）、設(shè)定傳輸速率等參數(shù)（Setting）、設(shè)定其它參數(shù)、打開通信端口（PortOpen）五個設(shè)置，其代碼如下： ｛ m_MSComm.SetCommPort（2） ；//選擇COM2 m_MSComm.SetlnBufferSize（1024） ；//接收緩沖區(qū)，設(shè)置輸入緩沖區(qū)的大小，Bytes m_MSComm.SetOutBufferSize（1024） ；//發(fā)送緩沖區(qū)，設(shè)置輸出緩沖區(qū)的大小，Bytes m_MSComm.SetlnputLen（0） ；//設(shè)置當(dāng)前接收區(qū)數(shù)據(jù)長度為0，表示全部讀取 m_MSComm.SetlnputMode（1） ；//以二進制方式讀寫數(shù)據(jù) m_MSComm.SetRThreshold（1） ；//接收緩沖區(qū)有1個及1個以上字符時，將引發(fā)接收數(shù)據(jù)的OnComm事件 m_MSComm.SetSettings（”9600，n，7，2”） ；//波特率9600，無檢驗位，7個數(shù)據(jù)位，2個停止位 … ｝ （3）鋪捉串口事件 MSComm控件采用了事件驅(qū)動的方法從端口獲取數(shù)據(jù)，即有事件（如接收到數(shù)據(jù)）發(fā)生時通知程序，并在程序中需要鋪獲并處理相應(yīng)事件，程序如下： 在MainOperPanlView.h中添加： protected： afx_msg void OnCommMscomm（）； DECLARE_EVENTSINK_MAP（） 在CMainOperPanlView．cpp中添加事件的映射： BEGIN_EVENTSINK_MAP（CMain OperPanlView，CFormView） //｛｛AFX_EVENTSINK_MAP（CMainOperPanl-View） ON_VENT（CMainOperPanlView，IDC MSCOMMl， 1/＊OnComm＊/，OnComm，VTS_NONE）//映射 MSComm控件事件 //｝1AFX_EVENTSINK_MAP END_EVENTSINK_MAP（） （4）串口讀寫 完成串口讀寫的函數(shù)Getlnput（）及SetOutput（）的函數(shù)原型分別是VARIANT Getlnput（）；voidSetOutDut（const VARIANT& new Value）; 都要使用VARIANT類型，PC機控制變頻器的參數(shù)通過類ColeVariant的構(gòu)造函數(shù)來實現(xiàn)，ColeVariant可以接收各種類型的數(shù)據(jù)（如字符串、整數(shù)、浮點數(shù)等）并自動將其轉(zhuǎn)換為符合VARIANT要求的數(shù)據(jù)。程序代碼如下： void CMainOperPanlView：：OnComm（） ｛ VARIANT variant_inp； COleSafeArray safearray_inp； LONG len，k； BYTErxdata[2048] ；//設(shè)置BYTE數(shù)組 … ｛ varlant_mp MSComm.Getlnput（） ；//讀緩沖區(qū) sdearray_inp：variant_inp；//VARIANT型變量轉(zhuǎn) 換為ColeSafeArray型變量 len：safearray_inp•GetOneDimSize（） ；//得到有效數(shù)據(jù)長度 for（k=0；k5 結(jié)束語 在數(shù)控車床主軸驅(qū)動系統(tǒng)中，采用變頻調(diào)速技術(shù)調(diào)節(jié)主軸的轉(zhuǎn)速，具有高效率、寬范圍、高精度的特點。本系統(tǒng)在Windows2000平臺下利用VC++6.0開發(fā)了工控機與變頻器的通訊軟件，解決了工控機與變頻器的通訊。實踐證明，該軟件較好的實現(xiàn)了數(shù)控車床主軸的無級變速。 第二屆伺服與運動控制論壇論文集 第三屆伺服與運動控制論壇論文集