基于PMAC的卷板机数控系统的研究与开发

0 引言

　　数控技术作为二十一世纪普遍推广的崭新生产制造方式,将对提高生产模式效率,保证加工精度产生重大影响。将会大大提高企业形象,增强企业的竞争优势。近年来随着数控技术的迅速发展,特别是工控机的广泛应用和开放体系结构的提出,使得大型卷板设备数控化成为可能。本文结合17000kN×3000mm上辊万能式卷板机数控系统的研制与开发,提出了大型卷板设备数控系统的设计方案以及其中各种技术问题的解决。

1 数控卷板机的基本构成

　　17000kN×3000mm上辊万能式卷板机是国内第一重型机器厂1994年产品。为仿日本机型,如图1。其下辊为固定间距;上辊为万能式,可实现上下及前后位移,上辊上下位移由液压缸驱动,前后位移由电机驱动,回转也由电机驱动,具备数字控制的整机条件。

图1

　　卷板是用卷板机对板料进行连续三点弯曲的过程。按卷制温度不同可分为冷卷、热卷及温卷。按卷制曲面的形状不同可分为单曲面卷制(如圆柱面、圆锥面等)及双曲卷制(如球面、双曲面)。其卷板工艺过程为:预弯、对中、卷圆、矫圆。从其整个工艺过程可以看出,需要数控系统完成的功能包括:(1)根据操作人员输入的卷板尺寸和板材材质参数,计算机床各个运动部件在不同卷制阶段的理论位移量;(2)根据理论计算,控制上辊旋转驱动电机、横向移动电机和升降油缸控制阀协调工作,自动完成卷板全过程。

 2 卷板机数控系统硬件设计

　　卷板机数控系统的特点是开放式数控系统,为了便于开发遵循了如下原则:

　　(1)采用标准总线技术:开放式CNC系统通常采用标准总线技术来解决因总线定义不同所带来的硬件不能公用问题,该数控系统采用ISA总线。

　　(2)最大限度地利用PC硬件技术:PC是实现开放式数控系统比较现实的途径,PC从生产到现在其可靠性和计算能力飞速增长。

　　(3)开放式、模块化、标准化设计:开放式CNC系统的各组件采用模块化设计。一般而言,典型的CNC系统应包括以下模块:运动控制模块、PLC模块、基本输入输出模块、通讯模块等,其中运动控制模块和PLC模块对CNC装置而言是必不可少的。运动控制模块是独立完成运动功能的模块,是硬件和软件的集合体,控制目标是速度、位置及转矩,该控制系统无伺服电机,这里主要应用其位置控制功能,而PLC本系统采用内置式。

　　(4)层次化:该系统采用层次化CNC系统思想,即PC工控机的CPU作为核心管理者,完成对底层设备的管理和宏观控制。而卷板机的位置控制、PLC控制由PMAC的专用CPU来控制。根据以上硬件设计原则,结合卷板机数控系统的特点,提出了一种以PMAC运动控制器为控制核心,工控机为系统支撑单元的双CPU开放式数控系统。设计其控制系统的硬件结构如图2所示。

图2 控制系统的硬件结构

　　其中工控机的CPU作为系统的主处理器,主要完成系统的管理、人机交互动态显示、预处理、参考计算及图像处理。

　　在卷板机数控系统中,采用DPRAM作为主机和PMAC之间的通讯桥梁,DPRAM是PMAC的备选件。用于PMAC和主机之间的高速重复不需“握手”的数据通讯,DPRAM为主机和PMAC之间的可以共享的高速内存区。利用DPRAM,主机与PMAC之间可以实时方便地进行数据交换。例如,主机可以将位置、速度信息实时地发送到PMAC,由PMAC进行位置控制;同时,主机还可以读取PMAC存放在DPRAM中的机床状态信息。