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典型的數(shù)控銑床的控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

閱讀:1546          發(fā)布時(shí)間:2013-5-31
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  文章介紹了一種典型的數(shù)控銑床的控制系統(tǒng)的特點(diǎn),以及PLC控制軟件設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方法。本文介紹的典型數(shù)控銑床主要由機(jī)床操作面板、X、Y、Z三個(gè)直線坐標(biāo)軸、上軸及機(jī)床的液壓、潤滑、冷卻系統(tǒng)等機(jī)床輔助功能組成。機(jī)床的電氣系統(tǒng)包括數(shù)字控制系統(tǒng)(CNC)、數(shù)字伺服驅(qū)動系統(tǒng)、主軸變頻調(diào)速系統(tǒng)及機(jī)床輸入輸出PLC控制系統(tǒng)等。
  
  該電氣系統(tǒng)主要完成人機(jī)對話和對三坐標(biāo)機(jī)床坐標(biāo)的進(jìn)給、主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)以及機(jī)床的液壓、潤滑、冷卻系統(tǒng)等的控制。該機(jī)床的三個(gè)坐標(biāo)采用HEIDEHAIN直線光柵尺全閉環(huán)反饋方式,機(jī)床主軸為電主軸,使用施耐德變頻器控制,針對該機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),其電氣控制系統(tǒng)配置了法國NUM公司的NUM1050全數(shù)字?jǐn)?shù)控系統(tǒng),伺服驅(qū)動配置相應(yīng)的MDLUNUMDRIVE數(shù)控式伺服驅(qū)動系統(tǒng)。
  
  這臺三坐標(biāo)機(jī)床的PLC控制程序是利用NUM1050全數(shù)字?jǐn)?shù)控系統(tǒng)的內(nèi)置式PLC功能,并配以相應(yīng)的軟件平臺開發(fā)出來的。因而PLC程序的靈活性和易維護(hù)性與NUM1050數(shù)控系統(tǒng)的高性能有密不可分的關(guān)系。
  
  1、NUM1050數(shù)控系統(tǒng)
  
  NUM1050是一種開放式的、功能強(qiáng)大的數(shù)字控制系統(tǒng),采用64位的CPU68040,用于數(shù)據(jù)的處理和坐標(biāo)的控制,具有處理速度快、位置控制精度高等特點(diǎn)。
  
  系統(tǒng)中的圖形功能管理CNC面板顯示和鍵盤:內(nèi)存用來存儲操作程序、PLC程序和用戶文件:強(qiáng)大的通訊功能使CNC既可通過RS232串口又可通過網(wǎng)絡(luò)接口與上位機(jī)進(jìn)行通訊:軸控板用于控制數(shù)字軸或模擬軸的運(yùn)動:內(nèi)置式PLC通過輸入/輸出模塊管理機(jī)床:CNC軟件則管理加工程序、機(jī)床數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)軌跡和速度以及監(jiān)控坐標(biāo)軸的運(yùn)動。
  
  2、NUM1050內(nèi)置式PLC特點(diǎn)
  
  PLC使用NUM系統(tǒng)提供的輸入/輸出接口與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,通過PLC的掃描周期刷新存儲區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù),PLC讀取數(shù)據(jù)是通過%I變量,而PLC輸出給外界數(shù)據(jù)是通過%Q變量進(jìn)行的。
  
  內(nèi)置式PLC與NC之間則通過交換區(qū)交換數(shù)據(jù),交換區(qū)中的內(nèi)容是NC與PLC之間輸入/輸出的數(shù)據(jù)。NC輸出給PLC的數(shù)據(jù),PLC通過%R變量從交換區(qū)讀取,PLC發(fā)送到NC的數(shù)據(jù)是通過%W變量放入交換區(qū),由NC去讀取,其掃描周期由系統(tǒng)自動執(zhí)行。%R和%W所有變量的各字節(jié)和位都有特定的含義,專門提供給PLC用來控制NC的運(yùn)行,并協(xié)調(diào)外接設(shè)備與NC之間的動作。
  
  3、NUM1050PLC程序結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
  
  NUM數(shù)控系統(tǒng)的PLC編程有梯形圖、匯編語言和語言(C語言)幾種方式,其程序都采用任務(wù)模塊和子程序模塊來設(shè)計(jì)。PLC程序的任務(wù)模塊包括:%INI、%TS0~4、%TF0~15、%TH0~15。子程序模埠%SP0~255,這些子程序可以由任務(wù)模塊調(diào)用或子程序間調(diào)用。各模塊的功能如下:
  
  初始化任務(wù)%INI:系統(tǒng)每次上電時(shí)執(zhí)行一次。
  
  循環(huán)任務(wù)%TS:系統(tǒng)先執(zhí)行%TS0,再按順序執(zhí)行TS1~4。%TS0的執(zhí)行周期等于每個(gè)RTC(實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制)周期,即20ms,%TS1~4每5個(gè)RTC周期(100ms)執(zhí)行一次。
  
  后臺任務(wù)%TS比循環(huán)任務(wù)%TS和中斷任務(wù)%TH的優(yōu)先權(quán)低,可用于等待任務(wù)的使用。后臺任務(wù)可持續(xù)數(shù)個(gè)RTC循環(huán)周期,可以被循環(huán)任務(wù)中斷。
  
  中斷(實(shí)時(shí))任務(wù)%TH用于優(yōu)先權(quán)較高的事件而不必等待RTC循環(huán)的結(jié)束。中斷(實(shí)時(shí))任務(wù)%TH比循環(huán)任務(wù)%TS和后臺任務(wù)%TF的優(yōu)先權(quán)高。
  
  錯誤信息表%9999.9:機(jī)床錯誤信息文件。
  
  4、三坐標(biāo)數(shù)控龍門銑床PLC程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
  
  PLC程序的設(shè)計(jì)離不開良好的軟件平臺和硬件環(huán)境,NUM1050數(shù)控系統(tǒng)為機(jī)床生產(chǎn)制造者提供了豐富的軟件資源和強(qiáng)大的軟件開發(fā)工具。如PLCTOOL,SETTOOL,PCTOOLKIT等。它們都是基于WINDOWS平臺上使用,為機(jī)床電氣控制系統(tǒng)開發(fā)帶來了極大的方便。其中PLCTOOL可方便地進(jìn)行PLC梯形圖或語言C的編程,備有豐富的指令集與計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器單元,圖形化的界面,使用操作靈活方便。這臺三坐標(biāo)數(shù)控龍門銑床的PLC程序正是在PLCTOOL軟件平臺上開發(fā)設(shè)計(jì)出來的。考慮到實(shí)際的應(yīng)用,這臺三坐標(biāo)機(jī)床采用梯形圖語言設(shè)計(jì)PLC程序,其優(yōu)點(diǎn)是直觀,可以動態(tài)顯示,易于調(diào)試和維護(hù)。
  
  利用NUM1050數(shù)控系統(tǒng)提供的輸入/輸出模塊和機(jī)床操作面板,可以非常方便地控制機(jī)床的運(yùn)動及其他功能,因?yàn)闄C(jī)床操作面板帶有可供編程的自定義鍵。NUM系統(tǒng)提供的機(jī)床操作面板通過光纜與系統(tǒng)相連,提高了可靠性。
  
  根據(jù)NUM1050的PLC程序結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在設(shè)計(jì)這臺三坐標(biāo)機(jī)床的PLC程序時(shí),將該機(jī)床的各項(xiàng)功能分配給不同的模塊控制。因該機(jī)床無特殊的中斷任務(wù),所以設(shè)計(jì)程序時(shí)使用了初始化任務(wù)%INI、循環(huán)任務(wù)%TS和子程序模塊%SP。%TS0的掃描周期為20ms,所以將重要的子程序放在%TS0中調(diào)用,機(jī)床的輔助功能如液壓、冷卻、潤滑等則在任務(wù)模塊%TS1~3中控制,機(jī)床的坐標(biāo)、主軸及相關(guān)部分的控制由梯形圖的子程序%SP模塊承擔(dān)。三坐標(biāo)數(shù)控銑床的PLC程序結(jié)構(gòu)及每一模塊介紹如下:
  
  %INI:系統(tǒng)在其它任務(wù)執(zhí)行前調(diào)用,僅在PLC上電時(shí)執(zhí)行一次,不受PTC循環(huán)控制,主要對一些變量進(jìn)行初始化。
  
  %TS0:調(diào)用子程序。%TS1:控制機(jī)床輔助功能導(dǎo)軌潤滑和液壓系統(tǒng)。其中導(dǎo)軌潤滑周期由PLC程序中的定時(shí)器控制。%TS2:控制機(jī)床冷卻系統(tǒng)。可以在機(jī)床操作面板上選擇自動冷卻和手動冷卻。%TS3:控制機(jī)床主軸的松刀和刀具夾緊。
  
  %SP0:用于控制機(jī)床操作面板上的指示燈閃爍。NUM1050系統(tǒng)提供的機(jī)床操作面板上的自定義按鍵大部分帶有指示燈,在使用一些需要特別提醒的功能時(shí),其按鍵采用指示燈閃爍的方式,以示醒目,如機(jī)床故障復(fù)位鍵、換刀完成鍵等等。%SP2:控制機(jī)床操作面板的自定義按鍵。操作面板的自定義鍵必須經(jīng)過PLC編程才能生效,而按鍵的功能則根據(jù)機(jī)床的需要來定義。根據(jù)用戶的要求,這臺三坐標(biāo)數(shù)控龍門銑床的操作面板上設(shè)計(jì)了機(jī)床啟動、冷卻控制、主軸啟停、換刀完成、機(jī)床故障復(fù)位等功能。%SP3:控制坐標(biāo)運(yùn)動及坐標(biāo)限位的安全檢查。%SP4:M功能譯碼,該模塊用于定義換刀結(jié)束的M06功能。%SP5:控制坐標(biāo)軸伺服使能。%SP6:該模塊控制主軸部分的所有功能,包括主軸冷卻、主軸潤滑、刀具夾緊、主軸電機(jī)、主軸變頻器等。%SP20:機(jī)床故障信息的顯示控制。當(dāng)機(jī)床出現(xiàn)故障時(shí),在顯示頁面需要及時(shí)顯示故障號和故障內(nèi)容,當(dāng)機(jī)床出現(xiàn)多條故障時(shí),系統(tǒng)便可以按順序顯示故障,每條故障顯示的時(shí)間在本子程序模塊中設(shè)置。該模塊被其它相關(guān)模塊調(diào)用。
  
  這臺三坐標(biāo)數(shù)控龍門銑床的所有功能和控制均由以上各模塊實(shí)現(xiàn),其中%SP2、%SP3、%SP5和%SP6更是這臺機(jī)床PLC程序的核心。用模塊化方式設(shè)計(jì)PLC程序,可以對每一模塊進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試,提高了機(jī)床調(diào)試的效率,當(dāng)調(diào)試過程中出現(xiàn)問題時(shí),可以很快找到問題所在,而且機(jī)床的不同功能用不同的子模塊來表示,程序結(jié)構(gòu)一目了然。通過對每一個(gè)子模塊的單獨(dú)調(diào)試和zui終的機(jī)電聯(lián)調(diào),都證明了這套PLC程序的設(shè)計(jì)思想和方法是行之有效的。
  
  5、小結(jié)
  
  這臺三坐標(biāo)數(shù)控龍門銑床經(jīng)過緊張調(diào)試后,機(jī)床工作正常,符合要求,機(jī)床達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐證明,這臺三坐標(biāo)機(jī)床的控制軟件設(shè)計(jì)是成功的,并且設(shè)計(jì)開發(fā)的有些基本模塊還具有良好的可移植性,在以后使用NUM1000系列數(shù)控的典型數(shù)控機(jī)床PLC梯形圖設(shè)計(jì)中稍加改動使可加以使用,對以后同系列數(shù)控機(jī)床的PLC控制軟件的設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。

山東天潤嘉禾集團(tuán)機(jī)械制造有限公司主營:數(shù)控立式車床,數(shù)控龍門銑床,高速龍門銑床,臥式加工中心,立式加工中心。公司將始終秉承“成就放心品質(zhì) 創(chuàng)想制造未來”這一企業(yè)理念,堅(jiān)持“質(zhì)量*,用戶至上”的企業(yè)宗旨,走以質(zhì)量求生存、以科技求發(fā)展的道路,以的產(chǎn)品、完善的售后服務(wù)真誠與各界朋友廣泛合作,共創(chuàng)美好的未來。

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