基于PLC的数控转塔打字系统设计

　　可编程控制器PLC是专为在工业环境下应用而设计的一种工业控制计算机，它接收来自现场装置的状态信号，并通过CPU求解用户编制的逻辑程序，将控制信号输出，直接控制应用装置。作者采用的是独立型PLC，它具有完备的硬件和软件功能，能够独立完成规定的控制任务，而且它独立于CNC装置，具有安装方便、功能易于扩展和变更等优点。通过实践与深入研究，作者提出了利用PLC控制伺服电机实现数控转塔最优换刀路径的方法，采用PLC进行换刀控制，可以代替传统的识刀器；刀具库及刀塔上的刀具号均记忆在PLC内部相应的存储单元中，只需在PLC内部设置一个模拟刀库的数据表，令其长度与刀具库的容量相对应即可；刀塔自动换刀管理主要由软件实现，因而避免了由机械识刀装置的稳定性、可靠性所带来的换刀失误。

　　3.1 刀具数据表库建立

　　刀塔是数控转塔打字机刀具的安装设备，刀塔上每个安装刀具的位置称为工位，工位按照一定的顺序编号进行识别。刀具号作为CNC装置T功能的输出送至PLC，由PLC根据T代码管理刀库和更换刀具，并利用刀具和刀具座的编号进行选刀和换刀的控制，在PLC内部，刀座号和刀具号均采用BCD码。值得注意的是，刀塔上每个工位一次只能装一把刀具，这就要求刀号数据表库中每个工位信息也只能有一把刀的信息；刀具和刀座的参数一经设定不得改变，特别是不能对仍安装在刀塔上的刀具在刀号数据库中进行删除和参数修改操作。

　　3.2 系统各部分之间的信息通信

　　在伺服刀塔的控制中，PLC根据CNC、伺服系统及机床本体机械部分控制的需要，对系统提供的相关接口信号进行合适的选择和处理，有机地协调这几者之间的关系，以达到良好的逻辑控制效果。在该伺服刀塔控制中使用到的接口信号共有3类：机床、PLC信号、伺服、PLC信号、PLC—CNC信号，包括代码指令数据(即目的刀位数据)，伺服向PLC发送的伺服准备好信号、到位信号、伺服报警信号等。

　　PLC与CNC组成主从分布式控制系统，CNC作为主机主要完成采集数据的存储、分析加工、状态显示和打印输出等功能，实现对系统的实时监控；PLC是CNC与外部协调工作的一个重要接口，它通过接收CNC传来的指令，监控机床的状态，并根据这些输入信息运行事先编制好的机床工作逻辑程序，将结果通过输出口直接驱动伺服电机控制系统执行相应动作，同时将信息返回CNC进行实时显示。

　　系统采用帧格式与中断调用相结合的方式实现CNC主机与PLC之间的实时通信。在进行通信时，CNC与PLC间使用命令(command)和响应(Re—sponse)的方式进行数据的发送和接收，根据PLC数据通信的特点，在系统时钟中断调用时，CNC通过串口通讯向PLcC发出读或写控制区的指令；在串口中断调用时，CNC接收从PLC响应的控制区数据。这种控制系统发挥了CNC主机与PLC各自的特点，能很好地完成控制机床加工和监视机床运行状态的任务。

　　3.3 最优路径高速换刀软件流程

　　该数控转塔打字系统刀塔主轴正反转就近换刀的动作指令由PLC的软件实现。当系统CNC接收刀具编号信息后，立即送入PLC进行识别，PLC发出指令启动伺服电机带动刀塔按就近方向旋转，第一时间将其送到位置检测点。刀塔旋转方向由所需刀具编号与实际编号的差值确定。该打字系统刀具库有12把刀具，编号分别为0—11，中间位置是6。若设定编号与刀库实际编号的差值大于等于6，刀库主轴正转；当差值小于6时，则反转；而当差值小于0时，用补码运算。例如：

　　若系统设定编号为10，刀库实际编号为3，则：

　　10-3=7>6，刀库正转；

　　若系统设定编号为10，刀库实际编号为5，则：

　　10-5=5<6，刀库反转；

　　若系统设定编号为0，刀库实际编号为4，则：

　　0-4=-4。补码为8>6，刀库正转。

　　刀塔旋转后，测得刀塔的实际位置与目标位置一致时，即寻找的新刀具位于换刀位置，刀塔停转并定位，等待换刀。识别刀具的PLC程序流程图如图4所示。

图4刀塔换刀流程图

4 结语

　　该项目研究针对国内数控打字系统打字效率低、无法识别国外主流钢结构软件支持的dstv数据结构、与主流数控钢构加工生产线的配套兼容性差等问题进行研究，旨在开发基于网络数控的转塔打字系统。作者从数控转塔自动换刀控制出发，提出一种基于独立型PLC的高速转塔自动换刀控制方法，以软件换刀方式寻找换刀最优路径，控制伺服刀塔按要求转向可靠定位，同时解决了PLC与CNC、PLc与机床及PLC与伺服系统相互间的分工和实时信息交换问题。项目合作单位长期从事钢构、铁塔相关数控加工产品的设计制造与销售，熟悉国内外相关产品技术特点，能及时把握数控车床配套打字系统技术现状。经过市场进一步调研分析，项目组成员正积极投入下一步研究工作，以图设计开发一种新型网络数控转塔打字系统，注重与数控加工生产线配套兼容性问题，实现国内在数控转塔打字技术上的新突破，以适应国内外市场更多更高的需求。项目开发潜力大，应用前景广阔。