1 引言
根據(jù)工件加工的需要，以獨(dú)立的通用的部件為基礎(chǔ)，配以部分專用部件組成的專用機(jī)床，稱之為組合機(jī)床。回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式組合機(jī)床是多工位組合機(jī)床的一種，它通過(guò)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行加工工件的輸送，夾具安裝在工作臺(tái)面上，被加工工件一次裝夾后，從一個(gè)工位輸送到下一個(gè)工位，工作臺(tái)轉(zhuǎn)一周，即完成在該機(jī)床上的全部加工工序。并且，裝卸工件的輔助時(shí)間與機(jī)床的加工時(shí)間是重合的。本組合機(jī)床全稱為回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式六工位組合機(jī)床，有一個(gè)上下料工序、五個(gè)加工工序，分別為：上下料工序；銑端面工序；鉆中心孔序；鉆的盲孔工序；鉆通孔工序；擴(kuò)孔工序。組合機(jī)床外形參見(jiàn)圖1所示。
圖1 組合機(jī)床外形案例圖片
2 系統(tǒng)控制說(shuō)明
本組合機(jī)床控制系統(tǒng)主要采用siemens s7-200系列plc和西門子觸摸屏ktp-178micro構(gòu)成，plc完成整個(gè)機(jī)床的信息采集、信息處理、各種驅(qū)動(dòng)的控制等功能，人機(jī)界面完成智能化的后臺(tái)管理、各軸加工參數(shù)的設(shè)定、信息監(jiān)視等功能。
2.1 系統(tǒng)控制主要部件清單(見(jiàn)表1)
2.2 系統(tǒng)控制主要部件介紹
cpu226是siemens公司生產(chǎn)的s7-200系列中性能最高端的cpu模塊，本機(jī)集成24輸入/16路輸出數(shù)字量通道，六個(gè)高速計(jì)數(shù)器，2個(gè)20khz的高速脈沖輸出，最大可擴(kuò)展7個(gè)模塊，兩個(gè)通訊端口。
cpu221是siemens公司生產(chǎn)的s7-200系列中的低端cpu模塊，本機(jī)集成6輸入/4路輸出數(shù)字量通道，4個(gè)高速計(jì)數(shù)器，2個(gè)20khz的高速脈沖輸出，不可以擴(kuò)展模塊，一個(gè)通訊端口。
em223是siemens公司生產(chǎn)的s7-200系列中數(shù)字量混合模塊， 4輸入/4路輸出數(shù)字量通道。
ktp-178micro是siemens公司根據(jù)國(guó)內(nèi)用戶使用習(xí)慣和需求而專門開(kāi)發(fā)的人機(jī)界面， 是一款性價(jià)比較高的人機(jī)界面。
步進(jìn)電機(jī)是采用研控自動(dòng)化科技機(jī)電有限公司推出的系列產(chǎn)品，配套yka2404ma細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，最高細(xì)分?jǐn)?shù)為200。主軸電機(jī)采用三相異步電機(jī)。氣缸采用smc系列。
2.3 系統(tǒng)控制架構(gòu)(圖2)
圖2 系統(tǒng)控制架構(gòu)
2.4 系統(tǒng)控制主要特點(diǎn)
(1) 輸入信號(hào)的處理：本套機(jī)床的檢測(cè)信號(hào)有：回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用機(jī)械式形成開(kāi)關(guān)、氣缸用磁環(huán)開(kāi)關(guān)、滑臺(tái)用磁性開(kāi)關(guān)，這些信號(hào)的采集利用plc的通用數(shù)字量輸入信號(hào)作為信號(hào)采集處理。
(2) 輸出信號(hào)的處理：步進(jìn)電機(jī)單元，利用plc本身集成的高速脈沖信號(hào)作為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，每臺(tái)plc集成兩通道高速脈沖信號(hào)，本套系統(tǒng)有四臺(tái)plc主機(jī)，最多可控制八軸驅(qū)動(dòng)，控制采用脈沖+方向的控制方式。三相電機(jī)單元，利用plc本身集成的通用數(shù)字量輸出信號(hào)作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。氣缸單元，利用plc本身集成的通用數(shù)字量輸出信號(hào)作為氣缸驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。
(3) 人機(jī)交換：本套機(jī)床的加工參數(shù)通過(guò)上位機(jī)觸摸屏來(lái)完成，操作人員根據(jù)加工需要可以更改相應(yīng)加工參數(shù)。本套機(jī)床可通過(guò)上位機(jī)觸摸屏進(jìn)行機(jī)床的手動(dòng)控制與自動(dòng)控制，如：電機(jī)的運(yùn)行、氣缸的動(dòng)作、滑臺(tái)的點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行?？赏ㄟ^(guò)觸摸屏察看設(shè)備信息，察看設(shè)備信號(hào)是否正常。
2.5 系統(tǒng)運(yùn)行模式
單機(jī)運(yùn)行，通過(guò)觸摸屏操作機(jī)床。該模式下又可實(shí)現(xiàn)單軸加工、全自動(dòng)加工兩種加工方式。
聯(lián)機(jī)運(yùn)行，通過(guò)終端調(diào)度軟件給機(jī)床上下料，控制組合機(jī)床。
3 軟件設(shè)計(jì)
本套系統(tǒng)采用了ktp-178micro觸摸屏一臺(tái)、cpu226一臺(tái)、cpu221三臺(tái)，cpu226作為系統(tǒng)的主站。ktp-178通過(guò)cpu226的port1口進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，cpu226作為ppi主站通過(guò)port0口與下位機(jī)的三臺(tái)cpu221進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫。所用到s7-200的主要控制命令有：網(wǎng)絡(luò)讀寫命令(實(shí)現(xiàn)cpu226與三臺(tái)cpu221之間的通訊、高速脈沖輸出(實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制)、高速計(jì)數(shù)(實(shí)時(shí)讀取各個(gè)進(jìn)給軸的坐標(biāo))，本套系統(tǒng)最大可控制軸數(shù)為八軸，為了方便與其它設(shè)備聯(lián)機(jī)作業(yè)，該系統(tǒng)在控制架構(gòu)設(shè)計(jì)上增加了聯(lián)機(jī)接口。
3.1 網(wǎng)絡(luò)讀寫指令
網(wǎng)絡(luò)讀指令(netr)初始化通訊操作，通過(guò)指令端口(port0)從遠(yuǎn)程設(shè)備上接收數(shù)據(jù)并形成表；網(wǎng)絡(luò)寫指令(netw)初始化通訊操作，通過(guò)指令端口(port0)向遠(yuǎn)程設(shè)備寫表。
本套系統(tǒng)中，cpu226定義為2#主站，其它三臺(tái)cpu221分別定義為3#從站、4#從站、5#從站。
本套系統(tǒng)中利用了網(wǎng)絡(luò)讀(netr)三項(xiàng)，共有三十個(gè)字節(jié)。(見(jiàn)表2)
本套系統(tǒng)中利用了網(wǎng)絡(luò)寫（netw）指令三項(xiàng)，共有二十六個(gè)字節(jié)。(見(jiàn)表3)
在cpu226中通過(guò)向?qū)Чδ苓M(jìn)行網(wǎng)絡(luò)讀寫的配置，此配置可在ob1主程序進(jìn)行循環(huán)調(diào)用，也可通過(guò)中斷的形式調(diào)用。
ld sm0.0
call net_exe:sbr8, 0, m7.0, m7.1
3.2 組合機(jī)床的聯(lián)機(jī)接口定義(見(jiàn)表4)
該組合機(jī)床有單機(jī)/聯(lián)機(jī)運(yùn)行功能，并對(duì)聯(lián)機(jī)運(yùn)行時(shí)提供了i/o接口定義。
s1為電平信號(hào)，上位機(jī)通知機(jī)床回零，回零結(jié)束時(shí)上位機(jī)收到機(jī)床就緒信號(hào)，再切斷該信號(hào)。
s5為電平信號(hào)，上位機(jī)通知機(jī)床全自動(dòng)運(yùn)行，切斷該信號(hào)，機(jī)床自動(dòng)運(yùn)行結(jié)束。
s6為脈沖信號(hào)。上位機(jī)上下料完成時(shí)通知機(jī)床繼續(xù)運(yùn)行。
3.3 高速脈沖輸出指令
從站的三臺(tái)cpu221每臺(tái)控制兩軸的步進(jìn)電機(jī)，利用cpu本身集成的兩通道高速脈沖輸出信號(hào)作為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖輸出，其脈沖輸出頻率最高達(dá)到20khz，根據(jù)各軸加工的特點(diǎn)，其控制程序要求步進(jìn)滑臺(tái)在作加工時(shí)有以下特點(diǎn)：
零點(diǎn)(原位)→快進(jìn)(快速)→攻進(jìn)(慢速)停留→快退(快速 零點(diǎn)(原位)
根據(jù)此特點(diǎn)該程序在設(shè)計(jì)時(shí)采用多段pto功能，以下為單軸進(jìn)給事例程序：
///網(wǎng)絡(luò)1
ld sm0.0
movb 16#a0, smb77
movw 700, smw178
movb 4, vb700
///網(wǎng)絡(luò)2
ld sm0.0
movw 1000, vw701
movw -5, vw703
movd 100, vd705
///網(wǎng)絡(luò)3
ld sm0.0
movw 500, vw709
movw 0, vw711
movd 500, vd713
///網(wǎng)絡(luò)4
ld sm0.0
movw 500, vw717
movw 15, vw719
movd 200, vd721
///網(wǎng)絡(luò)5
ld sm0.0
movw 15000, vw725
movw 0, vw727
movd vd524, vd729
atch y軸脈沖完成:int1, 20
eni
pls 1
s q0.3, 1
脈沖發(fā)送完成后產(chǎn)生中斷：
ld sm0.0
s m0.1, 1
creti
3.4 高速計(jì)數(shù)指令
由于本套系統(tǒng)為切削加工，同時(shí)又有深孔加工工序，其加工深度以及切削速度根據(jù)材料、刀具的不同可隨時(shí)更改，為了快速、準(zhǔn)確地對(duì)刀并減少刀具磨損，在軟件設(shè)計(jì)上增加了深孔加工時(shí)的循環(huán)加工次數(shù)、滑臺(tái)的絕對(duì)坐標(biāo)標(biāo)定等功能。循環(huán)加工：由于刀具磨損、刀具摩擦發(fā)熱，在進(jìn)行深孔加工時(shí)需采用循環(huán)加工方式，此套軟件嚴(yán)格遵循加工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行深孔加工軟件設(shè)計(jì)，即減少了進(jìn)刀時(shí)間，又排除了深孔加工排削難的問(wèn)題。坐標(biāo)標(biāo)定：每次更換刀具、工件后都要進(jìn)行對(duì)刀調(diào)試，該軟件設(shè)計(jì)利用s7-200的高速計(jì)數(shù)功能實(shí)現(xiàn)了此項(xiàng)功能。
///網(wǎng)絡(luò)1判斷運(yùn)行方向分別計(jì)數(shù)
ld sm0.0
lps
a q0.2
lps
ad= vd4, 0
movd hc0, vd0
movd vd0, vd8
lpp
ad<> vd4, 0
movd hc0, vd8
lpp
an q0.2
movd hc0, vd4
///網(wǎng)絡(luò)2將計(jì)算結(jié)果反饋給cpu226，并通過(guò)串口反饋給觸摸屏
ld sm0.0
lps
ad<> vd4, 0
lps
ad> vd8, vd4
movd vd8, vd12
aeno
-d vd4, vd12
aeno
movd vd0, vd16
+d vd12, vd16
lpp
ad< vd8, vd4
movd vd4, vd12
aeno
-d vd8, vd12
aeno
movd vd0, vd16
-d vd12, vd16
lpp
lps
ad= vd4, 0
movd vd8, vd16
lrd
movd vd16, vd20
/d +8, vd20
lpp
movw vw22, vw106
3.5 軟件流程(圖3)
圖3 軟件流程
4 結(jié)束語(yǔ)
該組合機(jī)床一經(jīng)推出，已經(jīng)得到大量用戶的認(rèn)可，并投入使用，運(yùn)行穩(wěn)定，高速，成為了我們公司的利潤(rùn)產(chǎn)品。原來(lái)的多路高速脈沖輸出控制多軸步進(jìn)的功能一直是日系plc的主要強(qiáng)項(xiàng)，而西門子如果通過(guò)更大型的plc來(lái)實(shí)現(xiàn)的話，在這類機(jī)器里的成本又過(guò)高。現(xiàn)在采用的s7-200的聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了多路高速輸出功能，成本還低于日系的plc，可以說(shuō)歐美plc的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理方面的功能在這個(gè)組合機(jī)床的oem設(shè)備市場(chǎng)得到了最好的應(yīng)用，對(duì)我們用戶來(lái)說(shuō)，既節(jié)省了成本，功能上又大大增強(qiáng)。
隨著工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，高品質(zhì)的自動(dòng)化產(chǎn)品和方便快捷的組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，將使自動(dòng)化進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段?？偩€和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人機(jī)界面等產(chǎn)品將在工業(yè)和生活中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。西門子高品質(zhì)的自動(dòng)化產(chǎn)品和完整的解決方案，為滿足機(jī)床自動(dòng)化的各種需要提供優(yōu)秀的技術(shù)平臺(tái)。