0 引　言

　　卷板機(jī)是將鋼或其它金屬,非金屬板彎曲成相應(yīng)曲率制件的設(shè)備。近年來,隨著石油化工、原子能、造船、宇航、水電、汽車制造、鐵路運(yùn)輸及建筑等行業(yè)的迅速發(fā)展,對(duì)于各種形狀,規(guī)格以及高精度要求的板材制件的需求量也隨之急速增加。卷板機(jī)在我國已形成一定的規(guī)模,其制造水平也在不斷的提高。但目前國內(nèi)生產(chǎn)的數(shù)控卷板機(jī)大都使用簡單NC 控制,加工效率低,功能相對(duì)單一,一個(gè)型號(hào)的卷板機(jī)只能加工一個(gè)規(guī)格的產(chǎn)品,例如,加工圓筒的卷板機(jī)只能加工圓筒,而不能加工錐筒,缺乏靈活性。本文結(jié)合某廠W11X1300 ×10 水平下調(diào)式三輥卷板機(jī)的改造,提出了卷板機(jī)數(shù)控系統(tǒng)IPC + PMAC 的設(shè)計(jì)方案,并對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了全液壓伺服設(shè)計(jì),用數(shù)控系統(tǒng)直接控制液壓系統(tǒng),可以加工不同型號(hào)高精度的圓筒和錐筒,具有一定的柔性。

1 卷板機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

　　W11X1300 10 水平下調(diào)式三輥卷板機(jī)是該廠生產(chǎn)的中型卷板機(jī)。其中上輥可以上下運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)由兩端的液壓缸驅(qū)動(dòng)。2 個(gè)下輥可水平移動(dòng),且下輥間距可調(diào)。3 個(gè)輥的回轉(zhuǎn)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。

　　卷板是利用卷板機(jī)對(duì)板料進(jìn)行連續(xù)3 點(diǎn)彎曲的過程。卷板工藝過程大致分為4 步:預(yù)彎、對(duì)中、卷圓、矯圓。

2 卷板機(jī)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　基于PC 機(jī)和WINDOWS 操作系統(tǒng)的開放式、模塊化數(shù)控系統(tǒng)是當(dāng)今數(shù)控技術(shù)發(fā)展的主要方向。在PC 機(jī)的WIN95/ N T 下有2 種方法可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制:一種是由一臺(tái)計(jì)算機(jī)和一些功能模塊組成的單機(jī)模式,這種模式在硬件成本上是較為便宜的,但在軟件的編寫上卻相當(dāng)復(fù)雜,不便于普通用戶的二次開發(fā);另一種是并行雙CPU 上下位機(jī)通訊模式,相對(duì)而言該種模式具有更大的靈活性,是一種便于用戶化開發(fā)的全方位的開放式體系結(jié)構(gòu)。本數(shù)控系統(tǒng)采用開放式數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),即第2 種方法,使用了IPC + PMAC 的開放式結(jié)構(gòu)體系,將PMAC 插入PC 機(jī)中所構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng),運(yùn)行速度快、控制精度高;數(shù)控系統(tǒng)軟件用VC + + 610 開發(fā),使用美國DEL TA TAU 公司提供的動(dòng)態(tài)鏈接庫PCOMM ,開發(fā)周期短。

　　2.1 數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1.1 數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　本系統(tǒng)的硬件采用目前國內(nèi)流行的工控機(jī)+ 運(yùn)動(dòng)控制卡的結(jié)構(gòu)體系。工控機(jī)采用了研華PC104/ PIII500 型嵌入式工業(yè)控制機(jī),該機(jī)結(jié)構(gòu)緊促,體積很小,因而節(jié)省數(shù)控柜的空間,而且主板上有104 總線,為PMAC 提供了總線接口。工控機(jī)作為系統(tǒng)的主處理器,負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理、人機(jī)界面動(dòng)態(tài)顯示、加工程序編輯、預(yù)處理及系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置,在后臺(tái)運(yùn)行。

　　運(yùn)動(dòng)控制卡采用美國DEL TA TAU 公司的PMAC2/ 104 型控制卡,它提供了104 總線接口,可以直接插接到工控機(jī)上。PMAC 自帶獨(dú)立的高速CPU ,相當(dāng)于一臺(tái)獨(dú)立的計(jì)算機(jī),可以脫機(jī)獨(dú)立運(yùn)行,也可以通過總線或者RS232/ 422 串口和計(jì)算機(jī)通訊,作為從處理器,與主機(jī)構(gòu)成主從結(jié)構(gòu)的雙CPU 數(shù)控系統(tǒng),本系統(tǒng)即采用這種結(jié)構(gòu)體系。PMAC 卡帶有數(shù)字信號(hào)處理器DSP ,具有強(qiáng)大的數(shù)字運(yùn)算能力,完成數(shù)控插補(bǔ)、PLC 程序運(yùn)行等實(shí)時(shí)任務(wù),在前臺(tái)運(yùn)行。這樣,開發(fā)者就可以避免在非實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)WIN95/ N T 下花大量精力和時(shí)間實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性任務(wù),而只要開發(fā)上位人機(jī)交互、加工文件下載、機(jī)床狀態(tài)量讀取等非實(shí)時(shí)的任務(wù)。工控機(jī)和PMAC 卡通過總線通信,來完成命令轉(zhuǎn)送和數(shù)據(jù)的交換。兩者之間的通信是實(shí)時(shí)的,通過調(diào)用美國DEL TA TAU 公司提供的動(dòng)態(tài)鏈接庫PCOMM 的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

　　2.1.2 數(shù)控系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)

　　PMAC 卡的J 2 口是8 路開關(guān)量I/ O 口,但在本系統(tǒng)中,要用到的開關(guān)量多于8 路,故在此口上加了一塊ACC —34AA 智能I/ O 板,該板帶有32 路的輸入輸出口。其中一部分輸出口用來控制液壓系統(tǒng)中的電磁換向閥的電磁鐵,電磁鐵的控制電流在1～2 A ,而I/ O 板只能提供幾十mA 的驅(qū)動(dòng)電流,不能直接驅(qū)動(dòng)電磁鐵,故系統(tǒng)中使用固態(tài)繼電器做為中間繼電器,使兩者的接口電流匹配,為了便于安裝和節(jié)省空間選用集成的固態(tài)繼電器板。

　　2.2 數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　卷板機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用開放式的結(jié)構(gòu)體系,系統(tǒng)軟件使用面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析與設(shè)計(jì)方法,模塊化設(shè)計(jì),用面向?qū)ο蟮母呒?jí)語言VC + + 610 實(shí)現(xiàn),使得系統(tǒng)維護(hù)方便,便于功能擴(kuò)充。系統(tǒng)軟件包括運(yùn)行在上的IPC 的人機(jī)界面程序、上位機(jī)和下位機(jī)的通信驅(qū)動(dòng)程序和PMAC 中對(duì)各種輸入輸出量進(jìn)行監(jiān)控的PLC 程序等3 部分?？梢钥吹?PCOMM 在用戶程序和PMAC 卡之間起到一個(gè)橋梁作用,由動(dòng)態(tài)鏈接庫提供的函數(shù)同底層的虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序(WINDOWS9X) 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,然后由虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序直接和硬件交換數(shù)據(jù)。

　　2.2.1 人機(jī)界面程序的編制

　　本系統(tǒng)的人機(jī)界面根據(jù)卷板機(jī)的加工操作特點(diǎn)編制的,界面簡潔友好,便于工人學(xué)習(xí)、操作。該部分主要包括程序編輯人機(jī)界面、加工參數(shù)輸入和修改人機(jī)界面、加工模擬人機(jī)界面、故障診斷報(bào)警人機(jī)界面和在線幫助人機(jī)界面,具有很好的人機(jī)交互性(HMI) ,在人機(jī)界面部分采用主菜單和相關(guān)子菜單的形式,菜單采用按鈕式,當(dāng)主菜單中的某一按鈕按下時(shí),就出現(xiàn)與其相關(guān)的子菜單。這種圖形化軟鍵代替了傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床上的錯(cuò)綜復(fù)雜的操作按鈕,使得操作面板顯得非常簡潔。

　　2.2.2 通信驅(qū)動(dòng)程序的編制

　　在通常系統(tǒng)軟件的開發(fā)中,通信驅(qū)動(dòng)程序的編程是工作量最大,最困難的部分,但PMAC 為用戶提供了PCOMM 這個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫來完成上位機(jī)同PMAC 之間的數(shù)據(jù)交換,它包括了PMAC 的所有的通信方式。這就使得這部分的開發(fā)工作變得簡單,剩下的只是對(duì)動(dòng)態(tài)庫中的函數(shù)的調(diào)用問題了[6 ] 。下面具體介紹在VC + + 610 下調(diào)用動(dòng)態(tài)庫及使用庫函數(shù)的方法。

　　PCOMM32 動(dòng)態(tài)庫里包含有200 多個(gè)庫函數(shù),熟悉高級(jí)語言的編程人員通過它方便地實(shí)現(xiàn)PMAC同上位PC 機(jī)的數(shù)據(jù)交換。PCOMM 中雖然函數(shù)眾多,但常用的并不多,用其中的幾個(gè)就可以完成大部分的通信控制功能,滿足系統(tǒng)需要。常用的有如下9 個(gè)函數(shù):OpenPmacDevice ( ) 、ClosePmacDevice ( ) 、PmacConfigure () 、PmacGetResponseA ( ) 、PmacDownLoadFile ( ) 、PmacGetBufferA ( ) 、PmacReady ( ) 、PmacSendCommandA () 。

　　在VC + + 610 中調(diào)用動(dòng)態(tài)庫有2 種方法即動(dòng)態(tài)鏈接和靜態(tài)鏈接。這里介紹動(dòng)態(tài)鏈接在PCOMM中的應(yīng)用。需要用到WINDOWS 的幾個(gè)API (應(yīng)用程序編程接口) 函數(shù):LoadLibrary (加載動(dòng)態(tài)庫) 、Get ProcAddress (取得相應(yīng)函數(shù)地址) 、FreeLibrary (卸載動(dòng)態(tài)庫) 。

　　首先在頭文件中為所需的函數(shù)定義函數(shù)指針類型,其參數(shù)表要和動(dòng)態(tài)庫函數(shù)原型相同。如先定義3 個(gè)函數(shù)指針類型的別名: typedef BOOL ( CALLBACK 3 OpenPmac) (DWORD) 、typedef BOOL(CALLBACK 3 ClosePmac) (DWORD) 、typedef int (CALLBACK 3 PmacGet ) (DWORD , PCHAR ,UIN T ,PCHAR) 。

　　然后在該文件中定義3 個(gè)函數(shù)指針: OpenPmac open 、ClosePmac close 、PmacGet pmacget 。其次需要在執(zhí)行文件中加載動(dòng)態(tài)庫,獲得相應(yīng)函數(shù)地址并賦給你所定義的函數(shù)指針:　　hMyDll = LoadLibrary (pmac) ;加載動(dòng)態(tài)庫　　A

　　2.2.3 PLC程序的編制

　　PMAC 帶有內(nèi)置的軟PLC 功能, PLC 的運(yùn)行也是由PMAC 來實(shí)現(xiàn)的。PLC 的語法是采用IF -EL SE 結(jié)構(gòu)的類C 語言,開發(fā)者只要有C 語言的基礎(chǔ)就可以很快寫出所需的PLC 程序。然后,利用PMAC 自帶的軟件開發(fā)平臺(tái),編輯,編譯PLC 程序,并下載到PMAC 卡中。系統(tǒng)的PLC 程序完成系統(tǒng)的初始化和對(duì)各種輸入輸出量進(jìn)行監(jiān)控,主要包括看門狗PLC、上電PLC、主PLC、指示燈管理PLC 和下電PLC。主PLC 用來完成對(duì)控制面板及機(jī)床輸入、輸出進(jìn)行監(jiān)控的任務(wù),它主要包括各種手動(dòng)、自動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)、主軸運(yùn)動(dòng)的控制、上料和卸料等操作。

3 結(jié)　論

　　基于IPC + PMAC 結(jié)構(gòu)的雙CPU 開放式數(shù)控系統(tǒng),由于PMAC 的強(qiáng)大的功能,不僅在硬件系統(tǒng)的連接集成上比較方便,而且在系統(tǒng)軟件的開發(fā)由于其提供的動(dòng)態(tài)庫支持也變得相對(duì)簡單,用戶開發(fā)自己的數(shù)控系統(tǒng)其實(shí)就是對(duì)PMAC 功能的定制。這使用戶在比較短的周期內(nèi)能開發(fā)出所需特定功能的數(shù)控系統(tǒng)。