本文介紹的典型數(shù)控銑床主要由機床操作面板、X、Y窥窜、Z三個直線坐標軸、上軸及機床的液壓原俘、潤滑牵字、冷卻系統(tǒng)等機床輔助功能組成。機床的電氣系統(tǒng)包括數(shù)字控制系統(tǒng)(CNC)哥谷、數(shù)字伺服驅(qū)動系統(tǒng)、主軸變頻調(diào)速系統(tǒng)及機床輸入輸出PLC控制系統(tǒng)等麻献。
本電氣系統(tǒng)主要完成人機對話和對三坐標機床坐標的進給们妥、主軸的運轉(zhuǎn)以及機床的液壓、潤滑勉吻、冷卻系統(tǒng)等的控制监婶。該機床的三個坐標采用HEIDEHAIN直線光柵尺全閉環(huán)反饋方式,機床主軸為電主軸,使用施耐德變頻器控制,針對該機床的結(jié)構(gòu)特點,其電氣控制系統(tǒng)配置了法國NUM公司的NUM1050全數(shù)字數(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)。
這臺三坐標機床的PLC控制程序是利用NUM1050全數(shù)字數(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)出來的齿桃。因而PLC程序的靈活性和易維護性與NUM1050數(shù)控系統(tǒng)的高性能有密不可分的關(guān)系惑惶。

1NUM1050數(shù)控系統(tǒng)

NUM1050是一種開放式的、功能強大的數(shù)字控制系統(tǒng),采用64位的CPU68040,用于數(shù)據(jù)的處理和坐標的控制,具有處理速度快短纵、位置控制精度高等特點带污。
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)接口與上位機進行通訊:軸控板用于控制數(shù)字軸或模擬軸的運動:內(nèi)置式PLC通過輸入/輸出模塊管理機床:CNC軟件則管理加工程序香到、機床數(shù)據(jù)鱼冀、計算機軌跡和速度以及監(jiān)控坐標軸的運動。

2NUM1050內(nèi)置式PLC特點

PLC使用NUM系統(tǒng)提供的輸入/輸出接口與外界進行數(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變量進行的悠就。
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)柔睡。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的運行,并協(xié)調(diào)外接設(shè)備與NC之間的動作。

3NUM1050PLC程序結(jié)構(gòu)特點

NUM數(shù)控系統(tǒng)的PLC編程有梯形圖棺莱、匯編語言和高級語言(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)計螺子。PLC程序的任務(wù)模塊包括:%INI、%TS0～4陕券、%TF0～15偏笋、%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)用喧盲。各模塊的功能如下:
初始化任務(wù)%INI:系統(tǒng)每次上電時執(zhí)行一次纽肄。
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RTC(實時時鐘控制)周期,即20ms,%TS1～4每5個RTC周期(100ms)執(zhí)行一次鄙幸。
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)的使用夹村。后臺任務(wù)可持續(xù)數(shù)個RTC循環(huán)周期,可以被循環(huán)任務(wù)中斷。
中斷(實時)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)束邦墅。中斷(實時)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)高袒兵。
錯誤信息表%9999.9:機床錯誤信息文件。

4三坐標數(shù)控龍門銑床PLC程序的設(shè)計與實現(xiàn)

PLC程序的設(shè)計離不開良好的軟件平臺和硬件環(huán)境,NUM1050數(shù)控系統(tǒng)為機床生產(chǎn)制造者提供了豐富的軟件資源和強大的軟件開發(fā)工具倒堕。如PLCTOOL,SETTOOL,PCTOOLKIT等灾测。它們都是基于WINDOWS平臺上使用,為機床電氣控制系統(tǒng)開發(fā)帶來了極大的方便。其中PLCTOOL可方便地進行PLC梯形圖或高級語言C的編程,備有豐富的指令集與計時器垦巴、計數(shù)器單元,圖形化的界面,使用操作靈活方便媳搪。這臺三坐標數(shù)控龍門銑床的PLC程序正是在PLCTOOL軟件平臺上開發(fā)設(shè)計出來的≈栊考慮到實際的應(yīng)用,這臺三坐標機床采用梯形圖語言設(shè)計PLC程序,其優(yōu)點是直觀,可以動態(tài)顯示,易于調(diào)試和維護秦爆。
利用NUM1050數(shù)控系統(tǒng)提供的輸入/輸出模塊和機床操作面板,可以非常方便地控制機床的運動及其他功能,因為機床操作面板帶有可供編程的自定義鍵。NUM系統(tǒng)提供的機床操作面板通過光纜與系統(tǒng)相連,提高了可靠性憔披。
根據(jù)NUM1050的PLC程序結(jié)構(gòu)特點,在設(shè)計這臺三坐標機床的PLC程序時,將該機床的各項功能分配給不同的模塊控制等限。因該機床無特殊的中斷任務(wù),所以設(shè)計程序時使用了初始化任務(wù)%INI、循環(huán)任務(wù)%TS和子程序模塊%SP芬膝。%TS0的掃描周期為20ms,所以將重要的子程序放在%TS0中調(diào)用,機床的輔助功能如液壓望门、冷卻、潤滑等則在任務(wù)模塊%TS1～3中控制,機床的坐標锰霜、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)筹误。三坐標數(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上電時執(zhí)行一次,不受PTC循環(huán)控制,主要對一些變量進行初始化。
TS0:調(diào)用子程序谊某。%TS1:控制機床輔助功能導(dǎo)軌潤滑和液壓系統(tǒng)思袋。其中導(dǎo)軌潤滑周期由PLC程序中的定時器控制。%TS2:控制機床冷卻系統(tǒng)赃勺」缆猓可以在機床操作面板上選擇自動冷卻和手動冷卻蜒且。%TS3:控制機床主軸的松刀和刀具夾緊。
SP0:用于控制機床操作面板上的指示燈閃爍暮霍。NUM1050系統(tǒng)提供的機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,其按鍵采用指示燈閃爍的方式,以示醒目,如機床故障復(fù)位鍵尤喂、換刀完成鍵等等。%SP2:控制機床操作面板的自定義按鍵串篓。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)機床的需要來定義辽奥。根據(jù)用戶的要求,這臺三坐標數(shù)控龍門銑床的操作面板上設(shè)計了機床啟動、冷卻控制绩寂、主軸啟停茶括、換刀完成、機床故障復(fù)位等功能佃戈。%SP3:控制坐標運動及坐標限位的安全檢查诅福。%SP4:M功能譯碼,該模塊用于定義換刀結(jié)束的M06功能。%SP5:控制坐標軸伺服使能拖叙。%SP6:該模塊控制主軸部分的所有功能,包括主軸冷卻氓润、主軸潤滑、刀具夾緊薯鳍、主軸電機咖气、主軸變頻器等。%SP20:機床故障信息的顯示控制挖滤。當(dāng)機床出現(xiàn)故障時,在顯示頁面需要及時顯示故障號和故障內(nèi)容,當(dāng)機床出現(xiàn)多條故障時,系統(tǒng)便可以按順序顯示故障,每條故障顯示的時間在本子程序模塊中設(shè)置崩溪。該模塊被其它相關(guān)模塊調(diào)用。
這臺三坐標數(shù)控龍門銑床的所有功能和控制均由以上各模塊實現(xiàn),其中%SP2斩松、%SP3伶唯、%SP5和%SP6更是這臺機床PLC程序的核心。用模塊化方式設(shè)計PLC程序,可以對每一模塊進行單獨調(diào)試,提高了機床調(diào)試的效率,當(dāng)調(diào)試過程中出現(xiàn)問題時,可以很快找到問題所在,而且機床的不同功能用不同的子模塊來表示,程序結(jié)構(gòu)一目了然砸民。通過對每一個子模塊的單獨調(diào)試和最終的機電聯(lián)調(diào),都證明了這套PLC程序的設(shè)計思想和方法是行之有效的。

5小結(jié)

這臺三坐標數(shù)控龍門銑床經(jīng)過緊張調(diào)試后,機床工作正常,符合要求,機床達到驗收標準奋救。實踐證明,這臺三坐標機床的控制軟件設(shè)計是成功的,并且設(shè)計開發(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)控機床PLC梯形圖設(shè)計中稍加改動使可加以使用,對以后同系列數(shù)控機床的PLC控制軟件的設(shè)計打下了良好的基礎(chǔ)岭参。

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