基于工业PC和PLC技术的专用数控系统

　　为了在汽车锁生产中实现大规模钥匙加工,设计并实现了一种基于工业PC和PLC技术的全自动专用数控系统。该系统是一个分布式的全自动专用数控系统,采用工业PC为主控系统,利用PLC 控制机械手系统、检测开关信号、通过DIO 接口与主控PC进行通讯。该系统性能稳定可靠,已在汽车锁专业生产企业得到应用。

　　在汽车锁专业生产企业中,为了实现大规模生产,专业化的自动控制生产设备是至关重要的,智能化自动铣齿机就是其中关键设备。这种设备过去从国外进口,不但价格高,而且维护困难。笔者经几年的研究,通过和有关生产企业的合作,在分析进口设备的基础上,研制了具有自身特色的全自动数控铣齿机,并已投入生产运行。该系统经运行实践表明,其精度、稳定性、效率、使用的方便性等指标均达到设计要求,而且整体性能大大超过进口设备,在生产中发挥了重要作用。系统采用了国际最新的伺服系统技术、工业控制计算机技术、双工作台双坐标和4 轴双工作台联动的全自动智能化工作方式,同时应用PLC 技术,完全从生产实际出发进行研究,实现专用自动数控系统的分布式控制。

　　本文主要介绍该系统的工作原理及为实现系统的可靠运转而使用的软件设计技术。在该系统研制过程中,运用了软件构件技术,使整个系统的软件模块化程度很高。许多软件模块(构件) 都具有可复用性。其中某些模块是复用了在其他系统中开发的软件构件,大大提高了软件研制的速度,也保证了软件的可靠性。

1 系统工作原理

　　整个设备由机械部分、计算机控制系统、PLC 控制系统几个部分构成。系统工作原理如图1 所示。机械部分由主轴电动机、传动系统、系统工作台、机械手、气动系统、交流伺服系统和滚珠丝杠传动系统、夹具、自动去毛刺装置等部分构成。

　　计算机控制系统由1台工业PC、1台PLC构成分布式控制系统。工业PC 配有光电隔离的接口板。计算机控制系统在控制软件的操纵下,控制整个系统的协调运转,并主要控制2个工作台4个交流伺服电动机的运转,进行插补运算和加工控制。计算机控制系统还负责向PLC发出启动运行命令,接收PLC发回的工作状态信号,确定整个系统的控制动作。PLC控制系统由PLC控制器和10个微型气缸构成的机械手控制系统及自动送料系统。PLC同时检测操作面板的状态,并将工作状态信号传送给计算机控制系统。PLC控制将工件从送料装置取出并送到第一工作台的同时也将第一工作台的加工件取出送入第二工作台,并将第二工作台的加工件取出送入自动去毛刺装置,每个控制循环都完成一个工件的加工。另外,系统还有极限位置检测传感器,防止工作台的异常动作导致“打刀”。位置传感器信号由PLC 采集并将信号传给主控计算机处理。

　　1.1 PLC控制机械手自动送料

　　PLC 具有可靠性高、易于控制等优点,特别适合多点开关量的测量与控制。系统中采用日本欧姆龙公司生产的CQM1 型可编程控制器负责机械手的控制、操作面板信号采集、限位传感器信号采集等。电源模块采用CQM-1-PA206 模块;CPU 模块采用CQM1-CPU21-E模块; 输入模块采用CQM1 -ID212模块;输出模块采用CQM1 - OD222 模块。机械手系统由10 台气缸组成,完成供料、换位、定位、出料、去毛刺等一系列工序动作。各个气缸上均设有位置检测开关,气缸到位即发出到位信号。可编程序控制器与主机相配合,管理系统中的各个开关量,操作机械手工作。

　　PLC控制自动送料的机械手,并接收限位传感器信号,将机械手工作状态送到控制主机,并由主机控制系统有序地进行工作。设备的启动/ 停止等操作面板的操作信号传至PLC,由PLC将信号送至控制主机。主控计算机可以和PLC并行运行,在PLC控制机械手自动送加工工件到工作台期间,主机可进行产品数据处理,形成加工控制数据,传递给加工控制模块,进行产品动态图形显示。待机械手完成动作后,发一个信号到主控计算机,主控计算机启动电动机,进入切削加工控制,此间PLC控制机械手回位。当一个加工周期完成,主机向PLC发一个加工完成信号, PLC控制机械手进行换件操作,主控计算机又进入下一个工件的数据变换处理。当操作员按下“停止”按钮,PLC将会继续控制机械手完成最后工件的加工,同时将此信号发送到主控计算机,主控计算机在加工完一个周期后检测到停止信号,进行结束处理,再做两个加工周期的控制,退回主控界面。

　　PLC执行取料、送料过程中,主控PC 执行数据处理程序,当PLC 自动送料完成时,数据处理也已经完成,主机将产品数据(齿形编码及齿形数据) 转换为加工控制参数,并传入加工程序工作缓冲区。这样,就可以启动加工控制程序。