進(jìn)入20世紀(jì)90年代，開方式、全功能、高效化成為翻控技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)口人們比以往更加注重?cái)?shù)控系統(tǒng)的靈活應(yīng)用樹和可擴(kuò)展性，注重不同生產(chǎn)廠家戶品間的互換性。在該類數(shù)控系統(tǒng)中常將PLC邏輯控制單元與CNC拭制裝置集成為一體，通過內(nèi)部信。通道相互交換控制要求，從而充分發(fā)揮各自的控制作用，進(jìn)一步提高整個(gè)控制系統(tǒng)豹協(xié)調(diào)性和白動(dòng)化程度。因此在開放數(shù)控系統(tǒng)中，PLC邏輯控制單元所起的作用更加突出，其功能日益完備，而其構(gòu)成手段則日益簡(jiǎn)潔，數(shù)控機(jī)床在加工過程中所需的各種操作，比如卞抽變速、松夾上件、開車停車、月具選擇冷卻液供給、越程報(bào)警、程序段跳躍和進(jìn)給速度調(diào)整等，都是通過PLC邏輯控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。

　　本文以英特馬達(dá)開放式數(shù)控系統(tǒng)為依托，基于計(jì)算機(jī)和工業(yè)總線，配置了能夠與開放數(shù)控系統(tǒng)緊密集成的PLC邏輯控制系統(tǒng)平臺(tái)，井構(gòu)建了三坐標(biāo)數(shù)榨銑床外圍操作控制所需的電氣系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，開展了邏輯控制單元與CNC控制單元問的信息交互方式、邏輯控制程序設(shè)計(jì)方法以及數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的仿真分析等一系列研究?jī)?nèi)容。

　　基于開放式數(shù)控體系的PLC邏輯控制單元硬件配置

　　本研究的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用德國INDRAMAT開放式數(shù)控系統(tǒng)MTC 200，通過ISA總線底板，將CPU模板，PLC模板和CNC模板的功能集于一體口PLC模板和CNC模板可通過公用存儲(chǔ)器交換各自所需的控制信息.這樣，PLC和CNC控制程序便可彼此相互理，解協(xié)調(diào)工作。該系統(tǒng)的PLC模板可通過Inter Bus總線與外界的I/O接口端子iRECCR)連接，從而可方便的對(duì)外部I/O設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。而該系統(tǒng)的CNC模塊，則采用SERCOS總線總線標(biāo)準(zhǔn)，通過光纜及環(huán)形鏈接方式與外部伺服驅(qū)動(dòng)器相連口在PLC模板信號(hào)的控制下，該系統(tǒng)的CNC模塊將依據(jù)不同情況、按照特定的數(shù)控程序，控制伺服驅(qū)動(dòng)器完成用戶需要的動(dòng)作。本系統(tǒng)采用的I/O接口端子(RECOR)由二部分組成:一個(gè)interBus總線接口單元.一個(gè)32位輸八信號(hào)接n單元和一個(gè)32位輸出接口單元，這二部分通過內(nèi)總線底板相互連接。當(dāng)外部驅(qū)動(dòng)器在接到由CNC發(fā)布來的位置，速度及加速度指令控制信號(hào)后，將其轉(zhuǎn)換為強(qiáng)電相位信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)器與電動(dòng)機(jī)之間的連接電纜，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)則通過滾珠絲杠等機(jī)械傳功裝置與機(jī)床工作臺(tái)相連接，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定義的運(yùn)動(dòng)。

　　依據(jù)三坐標(biāo)數(shù)控銑床的功能要求，本研究將如下一些開關(guān)量功能信號(hào)，分別從機(jī)床的各種開關(guān)、按鈕、繼電器和傳感器等電氣部件的引出端，接人I/O接口端子的輸入、輸出端口，開放式數(shù)控系統(tǒng)中PLC單元的主要功能，就在于通過對(duì)其輸入端的各種輸入信號(hào)進(jìn)行邏輯分析后，產(chǎn)生兩類符合邏輯要求的輸出控制信號(hào):第一類輸出信號(hào)稱為直接輸出控制信號(hào)，它是通過接口端了的輸出口的引出線直接拄制機(jī)床的邏輯開關(guān)部什;第二類輸出信R則稱為軟通道信號(hào)，它不是通過引線連接，而是通過公共存儲(chǔ)器的特定標(biāo)志位，與CNC交互信息，指導(dǎo)C執(zhí)行用戶要求的動(dòng)作。關(guān)于PLC的第二類輸出信號(hào)將在下一節(jié)進(jìn)行介紹。

　　附表給除了I/O端口引腳信號(hào)功能定義，該表對(duì)于實(shí)現(xiàn)機(jī)床電器控制功能，指導(dǎo)機(jī)床電器線路設(shè)計(jì)以及編制PLC邏輯控制程序。均具有重要價(jià)值。

　　PLC與CNC的信息交互

　　本研究的試驗(yàn)平臺(tái)是建立在開放式數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上的、其數(shù)控裝置中的PLC能模板與CNC功能模板是通過ISA總線相互連接的，‘已們之間的信怠交互是通過公用存儲(chǔ)器中設(shè)置的標(biāo)占位來實(shí)現(xiàn)的，通過這些標(biāo)志為:CNC單元將當(dāng)前執(zhí)行到的輔助功能代碼(如冷卻液井起、潤(rùn)滑泵起動(dòng)、安全狀態(tài)信信等內(nèi)容)及時(shí)通知給YLC單兀，以便PLC及時(shí)做出電器控制;與此同時(shí)PLC單元也要將當(dāng)前用戶操作信(比如手動(dòng)狀態(tài)、自動(dòng)狀態(tài)和點(diǎn)動(dòng)工作臺(tái)等動(dòng)作)及時(shí)通知給CNC單元，以便CNC單兀作相應(yīng)的功能調(diào)整和運(yùn)動(dòng)控制口通過PLC功能模板與CNC功能模板間的信息交互，大大簡(jiǎn)化了機(jī)床電器控制的設(shè)計(jì)步驟和安裝調(diào)試過程，并極大地提高了數(shù)控機(jī)床的安全可靠程度。

　　PLC功能模板與CNC功能模板之間，主要交換以下四類信息；

　　1)PLC單元向CNC單元中的特定處理器發(fā)出的控制信,(5. F'xxC.*****；:其中Pxx表示標(biāo)號(hào)為xx的處理器，C表PLC由PLC向CNC發(fā)出的控制信息。

　　2)由CNC單元向PLC單兀反饋的狀態(tài)信息上Pxxs*****;只嘴.的S表示由CNC向PLC反饋的狀態(tài)。

　　3)由PLC單元向CNC單元發(fā)出的軸控{急急AXXC.*****:其中AXX表不軸號(hào)為XX軸，C表示由PLC發(fā)出的控制信息。

　　4)CNC單元向PLC單元反饋的被控軸的狀態(tài)信息AxxS*****:其中S代表由CNC反饋的被扛若軸的狀態(tài)信息。

　以扛四類信息包含內(nèi)齊極其豐富，可實(shí)現(xiàn)如紅外門開起保護(hù)、上電保護(hù)，程序段跳躍、點(diǎn)動(dòng)白動(dòng)轉(zhuǎn)換、伺服系統(tǒng)速度凋整、各種散障診斷等多種功能。設(shè)置并靈活運(yùn)用這些信息，是實(shí)現(xiàn)高擋數(shù)控裝備必不可少的重要內(nèi)容。

　　PLC程序的編制

　　本試驗(yàn)平臺(tái)中所組建的數(shù)控裝置，可采用梯形圖、功能塊圖和邏輯指令語言編制數(shù)控機(jī)床邏輯控制程序，這只種語言程序編制方式叮以相互轉(zhuǎn)換，可大幅度的減少程序邏輯錯(cuò)誤。在該平臺(tái)的編程界面中，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到各種硬件輸人信號(hào)的狀態(tài)以及各程序語句的執(zhí)行狀態(tài)，使得程序調(diào)試、功能檢查都極其方便，此外，本試驗(yàn)平臺(tái)還可直接按程序流程方式編制程序，使得各模塊邏輯關(guān)系層次清晰，脈絡(luò)分明，圖1為本研究開發(fā)的數(shù)控機(jī)床的邏輯控制程序的程序流程圖。

　　根機(jī)床的實(shí)際功能要求，開發(fā)設(shè)計(jì)機(jī)床的操作面板和電器控制柜后。便可編制實(shí)現(xiàn)機(jī)床功能所需的邏輯控制程序，我們編制的數(shù)控機(jī)床邏輯控制程序，在英特馬述數(shù)控機(jī)慶卜實(shí)際測(cè)試，圓滿完成了上電控制、指示燈點(diǎn)亮，報(bào)警急停。手動(dòng)自動(dòng)控制，上下刀控制等功能，達(dá)到了預(yù)期效果。

　　伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性仿真

　　在開放式數(shù)控系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，伺服系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置與優(yōu)化，直接影響到數(shù)控系統(tǒng)的精度和性能。因此對(duì)研制開發(fā)的英特馬達(dá)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)開展了動(dòng)態(tài)特性的建模研究。并利用MATLAB進(jìn)行了仿真分析，依據(jù)本分析所獲得的參數(shù)，指導(dǎo)實(shí)際數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，并制定PLC程序內(nèi)部的調(diào)速環(huán)節(jié)。

　　我們開發(fā)的數(shù)控機(jī)床是半閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)，在依次建立數(shù)控機(jī)床的伺服電動(dòng)機(jī)、比例放大環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)、傳動(dòng)環(huán)節(jié)等的動(dòng)力學(xué)模型后，得出的半閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)的整體數(shù)學(xué)模型如圖2所示。

　　經(jīng)參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化，可以使機(jī)末在很短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)輸出值，井且沒有超調(diào)量，從而達(dá)到機(jī)床控制參數(shù)的優(yōu)化目的。

　　在開放式數(shù)控系統(tǒng)中，PLC與CNC實(shí)現(xiàn)了緊密集成、合理運(yùn)用公用存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)它們之間的信息交互。對(duì)提高機(jī)床性能、簡(jiǎn)化機(jī)床電器設(shè)計(jì)具有重要意義。PLC接口端子信號(hào)定義表，對(duì)機(jī)機(jī)床電器接線安裝、PLC邏輯程序。先將其精心設(shè)計(jì)完成，從而會(huì)給后續(xù)設(shè)計(jì)帶來巨大的方便。通過對(duì)機(jī)床伺服系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模與分析，可對(duì)機(jī)床控制參數(shù)的優(yōu)化設(shè)置。面向國際前沿，采購優(yōu)質(zhì)，先進(jìn)的零部件，組裝自己的數(shù)控產(chǎn)品，是我國加入世貿(mào)組織后，民族機(jī)電產(chǎn)品贏得世界市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的一條捷徑。本文方法和技術(shù)手段，均在我們自行研制的開放式數(shù)控機(jī)床上得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。