嵌入式精密内圆磨削数控系统集成PLC控制研究

0 引言

　　精密内圆磨床是实现内孔精度要求极高的零件加工的关键设备，其主要特点是开关量控制多且控制精度和实时性要求高。传统的精密内圆磨床一般采用继电器——按钮式电气控制系统，线路复杂，故障频繁，严重影响到生产效率和产品质量。20世纪90年代后，各设备生产厂家开始了数控化改造，主要有三种方案：第一种，采用低性能的单片机作为控制器，外扩接口电路和开发控制软件实现对机床的控制，此方案由于单片机运算速度及硬件资源的限制使其无法满足内圆磨削加工的精度和实时性要求；第二种，采用国内外现有的数控系统外加独立或内嵌的硬件PLC装置构成磨床控制系统，此方案虽然满足了内圆磨削控制要求，但系统控制复杂，改造成本昂贵，并存在严重的软硬件资源浪费；第三种，采用单一的独立PLC硬件装置作为内圆磨床控制系统，此方案满足了精密内圆磨削多开关量控制的要求，然而系统只能完成简单的直线进给运动，无法实现直孔和锥孔的联动加工，缺乏柔性，无法满足日益更新的产品加工要求。随着嵌入式技术及人机交互工程的发展，嵌入式系统和触摸屏装置已在机床数字化控制中获得广泛应用‘61，本文提出基于ARM平台的嵌入式系统用于精密内圆磨削数控系统的开发，以工业级触摸屏作为系统的人机交互装置，重点研究了机床PLC控制系统集成于嵌入式数控系统中的开发过程。本系统以软件代替硬件进行PLC功能的集成开发，降低了成本，提高了系统控制的稳定性，实现了人机友好交互，符合开放式数控系统开发的要求。

1 嵌入式精密内圆磨床数控系统硬件结构

　　1.1 系统硬件总体构成

　　嵌入式精密内圆磨床数控系统硬件结构由以下部分组成：工业级触摸屏、嵌入式数控装置、进给伺服系统、主轴控制系统和PLC控制接口电路，其原理图如图1所示。触摸屏与嵌入式ARM处理器之间采用RS-232进行通信；采用变频器驱动电主轴作为砂轮主轴，由ARM控制变频器的频率输出；选用三菱伺服电机作为XZ轴的进给驱动装置，通过开发接口电路实现ARM处理器与伺服驱动器的连接。

图1嵌入式精密内圆屠削数控系统硬件总体构成

　　1.2 PLC控制接口电路设计

　　机床的开关量通过接口转换电路直接与ARM处理器的通用I／O口相连，由PLC软件程序进行逻辑运算控制。根据控制信号流向，PLC控制接口电路分为信号输入模块、信号输出模块及公共模块，图2所示为PLC控制接口电路原理图。

图2 PLC接口电路原理图