軟PLC技術(shù)在開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
2023-8-8 來(lái)源： 哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院 作者：王志學(xué)，姜宇，郝雙雙
摘要：闡述軟PLC具有結(jié)構(gòu)靈活、性價(jià)比高的特點(diǎn)，為了擴(kuò)展軟PLC技術(shù)的應(yīng)用范圍，將軟PLC技術(shù)應(yīng)用到了開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，并進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，軟PLC可以準(zhǔn)確地完成開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)量控制的功能，從而提高數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)放程度。
關(guān)鍵詞：控制技術(shù)，軟PLC，開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，主軸正反轉(zhuǎn)。
0、引言
PLC具有編程簡(jiǎn)單、工作可靠和便于使用等特點(diǎn)，因此在自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是常規(guī)的PLC被幾大廠商壟斷，導(dǎo)致PLC價(jià)格居高不下，同時(shí)硬件互不兼容，編程規(guī)則沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，最主要的是常規(guī)的PLC結(jié)構(gòu)封閉，不利于搭建可重構(gòu)、可擴(kuò)充的智能制造系統(tǒng)，在這樣的背景下，促使了軟PLC技術(shù)的發(fā)展。軟PLC技術(shù)以通用采集卡和計(jì)算機(jī)為硬件依托，通過(guò)對(duì)采集卡的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)常規(guī)PLC的控制功能。軟PLC技術(shù)可以提高系統(tǒng)的開(kāi)放程度，便于與智能制造模塊進(jìn)行集成，可以很好地解決傳統(tǒng)PLC系統(tǒng)中的問(wèn)題。
開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)作為一種模塊化、可重構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，其最大的優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性。為了提高數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)放性，同時(shí)拓寬軟PLC的應(yīng)用范圍，本文將軟PLC技術(shù)應(yīng)用到了數(shù)控系統(tǒng)中，增加了數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)放程度，具有重要的參考意義。
1、 軟PLC在開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)中的功能
（1）M指令的實(shí)現(xiàn)
M指令是控制機(jī)床各輔助功能開(kāi)/關(guān)的指令，被稱為輔助功能指令。常用的輔助功能指令包括卡具的加緊與松開(kāi)、主軸的啟動(dòng)與停止、冷卻液的開(kāi)啟與關(guān)閉等。開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)接收到NC程序中的M指令后，首先經(jīng)過(guò)譯碼，然后交給軟PLC進(jìn)行處理，最后軟PLC根據(jù)PLC程序的邏輯關(guān)系控制輸出信號(hào)，輔助完成零件的加工。
（2）T指令的實(shí)現(xiàn)
T指令是換刀指令，可以實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程中刀具的自動(dòng)更換，節(jié)省了加工人員手動(dòng)換刀的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。當(dāng)數(shù)控程序中存在T指令時(shí)，開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)會(huì)將這些T指令交給軟PLC處理，軟PLC會(huì)控制刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)，完成換刀的一系列動(dòng)作。
（3）面板按鍵功能的實(shí)現(xiàn)
為了便于操作，在開(kāi)放式數(shù)控機(jī)床上安裝并開(kāi)發(fā)了控制面板，通過(guò)控制面板可以方便地對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制。當(dāng)按下機(jī)床操作面板上的按鍵時(shí)，會(huì)產(chǎn)生外部觸發(fā)信號(hào)，然后傳入到PLC內(nèi)部，經(jīng)過(guò)邏輯關(guān)系的計(jì)算后，軟PLC會(huì)控制外部的輸出，從而實(shí)現(xiàn)控制面板上各按鍵的功能。控制面板上的功能主要包括進(jìn)給倍率、加工方式的選擇、排屑、吹氣、工作燈、主軸正反轉(zhuǎn)、刀庫(kù)正反轉(zhuǎn)等。為了便于觀察各功能的開(kāi)啟狀態(tài)，在控制面板上設(shè)計(jì)了工作反饋燈，這些反饋燈的開(kāi)啟與關(guān)閉也由軟PLC來(lái)控制。
（4）處理機(jī)床側(cè)外部輸入I/O信號(hào)
為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床與開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，在機(jī)床本體一側(cè)布置有各種檢測(cè)元件，這些檢測(cè)元件發(fā)出的信號(hào)會(huì)交給軟PLC進(jìn)行處理，然后實(shí)現(xiàn)軟件和硬件的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)床側(cè)常用到的檢測(cè)元件包括行程開(kāi)關(guān)和接近開(kāi)關(guān)等。
2、開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)中軟PLC控制程序分析
通過(guò)上面的分析可以看出，在開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)中，軟PLC控制的功能有很多。本節(jié)以開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)中典型的主軸正反轉(zhuǎn)控制程序?yàn)槔们捌谧灾鏖_(kāi)發(fā)的軟PLC系統(tǒng)編制了相關(guān)的控制程序，并進(jìn)行相關(guān)分析。
數(shù)控系統(tǒng)中的主軸正反轉(zhuǎn)功能需要滿足下面的要求：（1）主軸正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)不能同時(shí)開(kāi)啟，也就是正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間需要互鎖；（2）主軸的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)需要自鎖；（3）主軸從正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)，或從反轉(zhuǎn)變?yōu)檎D(zhuǎn)時(shí)，需要先停止主軸，然后再進(jìn)行轉(zhuǎn)向的改變。通過(guò)上面的分析，結(jié)合硬件的端口分配情況，利用開(kāi)發(fā)的軟PLC系統(tǒng)編制了梯形圖控制程序，如圖1所示，圖中各指令的含義如表1所示。
圖1 主軸正反轉(zhuǎn)控制程序
表1 主軸正反轉(zhuǎn)程序指令對(duì)應(yīng)表
為了驗(yàn)證軟PLC技術(shù)應(yīng)用于開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的可行性，利用本實(shí)驗(yàn)室自主開(kāi)發(fā)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，圖2為實(shí)驗(yàn)室自主開(kāi)發(fā)的開(kāi)放式數(shù)控控制面板，上面各按鍵的功能通過(guò)軟PLC進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，利用該控制面板可以控制機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)。在自動(dòng)加工模式下，可以通過(guò)M03、M04和M05指令對(duì)主軸的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行控制。當(dāng)NC程序中存在這些指令時(shí)，開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)會(huì)把這些指令交給軟PLC進(jìn)行處理，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。
圖2 控制界面
在主軸正反轉(zhuǎn)程序中，X4.2、X4.3、X5.3為工作方式選擇按鈕所對(duì)應(yīng)的端口地址，通過(guò)不同端口高低電平的組合，可以區(qū)分不同的工作狀態(tài)，各編碼組合與工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。當(dāng)加工狀態(tài)為手動(dòng)時(shí)，手動(dòng)工作狀態(tài)輔助繼電器M6.1得電，此時(shí)通過(guò)控制面板上的主軸反轉(zhuǎn)按鈕可以控制主軸反轉(zhuǎn)端口X3.7得電與否。當(dāng)X3.7被按下時(shí)，此時(shí)主軸反轉(zhuǎn)線圈Y4.3得電，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自鎖，最終主軸反轉(zhuǎn)開(kāi)啟。因?yàn)樵谥鬏S正轉(zhuǎn)的支路上串聯(lián)了主軸反轉(zhuǎn)的常閉觸點(diǎn)，所以當(dāng)主軸反轉(zhuǎn)時(shí)，主軸正轉(zhuǎn)不會(huì)開(kāi)啟。當(dāng)加工狀態(tài)為自動(dòng)加工狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)工作方式輔助繼電器M6.2得電。當(dāng)加工程序中存在M05指令（主軸反轉(zhuǎn)）時(shí)，開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)譯碼模塊會(huì)將該指令交給軟PLC進(jìn)行處理，此時(shí)主軸反轉(zhuǎn)輔助繼電器6.4會(huì)得電，最終主軸反轉(zhuǎn)Y4.3線圈得電，并實(shí)現(xiàn)自鎖，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)方式下主軸反轉(zhuǎn)的開(kāi)啟。主軸正轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程與主軸反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程相似，在此不再分析。
表2 選擇方式編碼對(duì)應(yīng)表
3、軟PLC應(yīng)用效果驗(yàn)證
為了證明軟PLC應(yīng)用于開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的效果，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)在自主研發(fā)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)上進(jìn)行。首先進(jìn)行了手動(dòng)狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，將工作方式按鈕打到手動(dòng)狀態(tài)后，按主軸正轉(zhuǎn)按鈕，此時(shí)機(jī)床主軸正轉(zhuǎn)開(kāi)啟，同時(shí)控制面板上的主軸正轉(zhuǎn)反饋燈開(kāi)啟，如圖3所示。
圖3 手動(dòng)模式下機(jī)床控制效果圖
同時(shí)，在自動(dòng)加工模式下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，選擇好數(shù)控加工程序后，按循環(huán)啟動(dòng)按鈕，開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)按照數(shù)控程序進(jìn)行執(zhí)行，當(dāng)執(zhí)行到M03（主軸正轉(zhuǎn)指令時(shí)），軟PLC會(huì)使輔助繼電器M6.3得電，從而使主軸正轉(zhuǎn)，同時(shí)相應(yīng)的反饋燈也會(huì)開(kāi)啟。在自動(dòng)模式下，主軸正轉(zhuǎn)開(kāi)啟的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖4所示。
圖4 自動(dòng)模式下機(jī)床控制效果圖
以上通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明手動(dòng)狀態(tài)和自動(dòng)狀態(tài)下主軸正轉(zhuǎn)開(kāi)啟的過(guò)程，主軸反轉(zhuǎn)和主軸停止的過(guò)程與此相似，通過(guò)此實(shí)驗(yàn)證明了軟PLC應(yīng)用于開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的可行性。
4、結(jié)語(yǔ)
本文將軟PLC技術(shù)應(yīng)用于開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，軟PLC可以在自動(dòng)和手動(dòng)模式下控制開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)指令，對(duì)于提高開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)放程度具有重要的意義。
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