1 引言

　　根據(jù)工件加工的需要，以獨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)工作臺式組合機(jī)床是多工位組合機(jī)床的一種，它通過回轉(zhuǎn)工作臺進(jìn)行加工工件的輸送，夾具安裝在工作臺面上，被加工工件一次裝夾后，從一個工位輸送到下一個工位，工作臺轉(zhuǎn)一周，即完成在該機(jī)床上的全部加工工序。并且，裝卸工件的輔助時間與機(jī)床的加工時間是重合的。本組合機(jī)床全稱為回轉(zhuǎn)工作臺式六工位組合機(jī)床，有一個上下料工序、五個加工工序，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)床外形參見圖1所示。

圖1 組合機(jī)床外形案例圖片

2 系統(tǒng)控制說明

　　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完成整個機(jī)床的信息采集、信息處理、各種驅(qū)動的控制等功能，人機(jī)界面完成智能化的后臺管理、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，六個高速計數(shù)器，2個20khz的高速脈沖輸出，最大可擴(kuò)展7個模塊，兩個通訊端口。

　　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個高速計數(shù)器，2個20khz的高速脈沖輸出，不可以擴(kuò)展模塊，一個通訊端口。

　　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)國內(nèi)用戶使用習(xí)慣和需求而專門開發(fā)的人機(jī)界面， 是一款性價比較高的人機(jī)界面。

　　步進(jìn)電機(jī)是采用研控自動化科技機(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

　　(1) 輸入信號的處理：本套機(jī)床的檢測信號有：回轉(zhuǎn)工作臺用機(jī)械式形成開關(guān)、氣缸用磁環(huán)開關(guān)、滑臺用磁性開關(guān)，這些信號的采集利用plc的通用數(shù)字量輸入信號作為信號采集處理。

　　(2) 輸出信號的處理：步進(jìn)電機(jī)單元，利用plc本身集成的高速脈沖信號作為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動信號，每臺plc集成兩通道高速脈沖信號，本套系統(tǒng)有四臺plc主機(jī)，最多可控制八軸驅(qū)動，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)字量輸出信號作為電機(jī)驅(qū)動控制信號。氣缸單元，利用plc本身集成的通用數(shù)字量輸出信號作為氣缸驅(qū)動控制信號。

　　(3) 人機(jī)交換：本套機(jī)床的加工參數(shù)通過上位機(jī)觸摸屏來完成，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)床可通過上位機(jī)觸摸屏進(jìn)行機(jī)床的手動控制與自動控制，如：電機(jī)的運行、氣缸的動作、滑臺的點動運行。可通過觸摸屏察看設(shè)備信息，察看設(shè)備信號是否正常。

　　2.5 系統(tǒng)運行模式

　　單機(jī)運行，通過觸摸屏操作機(jī)床。該模式下又可實現(xiàn)單軸加工、全自動加工兩種加工方式。

　　聯(lián)機(jī)運行，通過終端調(diào)度軟件給機(jī)床上下料，控制組合機(jī)床。

3 軟件設(shè)計

　　本套系統(tǒng)采用了ktp-178micro觸摸屏一臺、cpu226一臺、cpu221三臺，cpu226作為系統(tǒng)的主站。ktp-178通過cpu226的port1口進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，cpu226作為ppi主站通過port0口與下位機(jī)的三臺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(實現(xiàn)cpu226與三臺cpu221之間的通訊、高速脈沖輸出(實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制)、高速計數(shù)(實時讀取各個進(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，共有三十個字節(jié)。(見表2)

　　本套系統(tǒng)中利用了網(wǎng)絡(luò)寫（netw）指令三項，共有二十六個字節(jié)。(見表3)

　　在cpu226中通過向?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，也可通過中斷的形式調(diào)用。

　　ld sm0.0
　　callnet_exe:sbr8, 0, m7.0, m7.1

　　3.2 組合機(jī)床的聯(lián)機(jī)接口定義(見表4)

　　該組合機(jī)床有單機(jī)/聯(lián)機(jī)運行功能，并對聯(lián)機(jī)運行時提供了i/o接口定義。

　　s1為電平信號，上位機(jī)通知機(jī)床回零，回零結(jié)束時上位機(jī)收到機(jī)床就緒信號，再切斷該信號。

　　s5為電平信號，上位機(jī)通知機(jī)床全自動運行，切斷該信號，機(jī)床自動運行結(jié)束。

　　s6為脈沖信號。上位機(jī)上下料完成時通知機(jī)床繼續(xù)運行。

3.3 高速脈沖輸出指令

　　從站的三臺cpu221每臺控制兩軸的步進(jìn)電機(jī)，利用cpu本身集成的兩通道高速脈沖輸出信號作為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的脈沖輸出，其脈沖輸出頻率最高達(dá)到20khz，根據(jù)各軸加工的特點，其控制程序要求步進(jìn)滑臺在作加工時有以下特點：

　　零點(原位)→快進(jìn)(快速)→攻進(jìn)(慢速)停留→快退(快速 零點(原位)

　　根據(jù)此特點該程序在設(shè)計時采用多段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
　　movw0, vw727
　　movd vd524, vd729
　　atch y軸脈沖完成:int1, 20
　　eni
　　pls 1
　　sq0.3, 1
　　脈沖發(fā)送完成后產(chǎn)生中斷：
　　ld sm0.0
　　sm0.1, 1
　　creti

　　3.4 高速計數(shù)指令

　　由于本套系統(tǒng)為切削加工，同時又有深孔加工工序，其加工深度以及切削速度根據(jù)材料、刀具的不同可隨時更改，為了快速、準(zhǔn)確地對刀并減少刀具磨損，在軟件設(shè)計上增加了深孔加工時的循環(huán)加工次數(shù)、滑臺的絕對坐標(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，即減少了進(jìn)刀時間，又排除了深孔加工排削難的問題。坐標(biāo)標(biāo)定：每次更換刀具、工件后都要進(jìn)行對刀調(diào)試，該軟件設(shè)計利用s7-200的高速計數(shù)功能實現(xiàn)了此項功能。

　　///網(wǎng)絡(luò)1判斷運行方向分別計數(shù)
　　ld sm0.0
　　lps
　　aq0.2
　　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將計算結(jié)果反饋給cpu226，并通過串口反饋給觸摸屏
　　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)

4 結(jié)束語

　　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，運行穩(wěn)定，高速，成為了我們公司的利潤產(chǎn)品。原來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，而西門子如果通過更大型的plc來實現(xiàn)的話，在這類機(jī)器里的成本又過高?，F(xiàn)在采用的s7-200的聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了多路高速輸出功能，成本還低于日系的plc，可以說歐美plc的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理方面的功能在這個組合機(jī)床的oem設(shè)備市場得到了最好的應(yīng)用，對我們用戶來說，既節(jié)省了成本，功能上又大大增強(qiáng)。

　　隨著工業(yè)自動化的不斷發(fā)展，高品質(zhì)的自動化產(chǎn)品和方便快捷的組網(wǎng)實現(xiàn)更復(fù)雜的功能，將使自動化進(jìn)入一個新的發(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)和生活中得到越來越廣泛的應(yīng)用。西門子高品質(zhì)的自動化產(chǎn)品和完整的解決方案，為滿足機(jī)床自動化的各種需要提供優(yōu)秀的技術(shù)平臺。