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)展趨勢口人們比以往更加注重數(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)一步提高整個控制系統(tǒng)豹協(xié)調(diào)性和白動化程度。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，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)計方法以及數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)動態(tài)特性的仿真分析等一系列研究內(nèi)容。

　　基于開放式數(shù)控體系的PLC邏輯控制單元硬件配置

　　本研究的實驗平臺采用德國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)動器相連口在PLC模板信號的控制下，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)動器完成用戶需要的動作。本系統(tǒng)采用的I/O接口端子(RECOR)由二部分組成:一個interBus總線接口單元.一個32位輸八信號接n單元和一個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后，將其轉(zhuǎn)換為強(qiáng)電相位信號，通過驅(qū)動器與電動機(jī)之間的連接電纜，驅(qū)動電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電動機(jī)則通過滾珠絲杠等機(jī)械傳功裝置與機(jī)床工作臺相連接，從而驅(qū)動機(jī)床工作臺實現(xiàn)規(guī)定義的運(yùn)動。

　　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，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，就在于通過對其輸入端的各種輸入信號進(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:第一類輸出信號稱為直接輸出控制信號，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，它不是通過引線連接，而是通過公共存儲器的特定標(biāo)志位，與CNC交互信息，指導(dǎo)C執(zhí)行用戶要求的動作。關(guān)于PLC的第二類輸出信號將在下一節(jié)進(jìn)行介紹。

　　附表給除了I/O端口引腳信號功能定義，該表對于實現(xiàn)機(jī)床電器控制功能，指導(dǎo)機(jī)床電器線路設(shè)計以及編制PLC邏輯控制程序。均具有重要價值。

　　PLC與CNC的信息交互

　　本研究的試驗平臺是建立在開放式數(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器中設(shè)置的標(biāo)占位來實現(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、潤滑泵起動、安全狀態(tài)信信等內(nèi)容)及時通知給YLC單兀，以便PLC及時做出電器控制;與此同時PLC單元也要將當(dāng)前用戶操作信(比如手動狀態(tài)、自動狀態(tài)和點動工作臺等動作)及時通知給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，大大簡化了機(jī)床電器控制的設(shè)計步驟和安裝調(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，可實現(xiàn)如紅外門開起保護(hù)、上電保護(hù)，程序段跳躍、點動白動轉(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

　　本試驗平臺中所組建的數(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誤。在該平臺的編程界面中，可實時監(jiān)測到各種硬件輸人信號的狀態(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，本試驗平臺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)床的實際功能要求，開發(fā)設(shè)計機(jī)床的操作面板和電器控制柜后。便可編制實現(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)慶卜實際測試，圓滿完成了上電控制、指示燈點亮，報警急停。手動自動控制，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)床的伺服電動機(jī)、比例放大環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)、傳動環(huán)節(jié)等的動力學(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實現(xiàn)了緊密集成、合理運(yùn)用公用存儲器，實現(xiàn)它們之間的信息交互。對提高機(jī)床性能、簡化機(jī)床電器設(shè)計具有重要意義。PLC接口端子信號定義表，對機(jī)機(jī)床電器接線安裝、PLC邏輯程序。先將其精心設(shè)計完成，從而會給后續(xù)設(shè)計帶來巨大的方便。通過對機(jī)床伺服系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)建模與分析，可對機(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)品贏得世界市場競爭的一條捷徑。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)床上得到實驗驗證。