基于PLC的西门子840D 加工中心控制方案实现

4、对刀具的识别与选刀

　　4.1、刀具识别与选刀的方法

　　加工中心由计算机数控装置(CNC) 发出选刀指令，将刀库转到所需刀具号的取刀位置的过程称自动选刀。自动选刀有两种方法：顺序选刀和随机选刀。顺序选刀方法是刀具按预定工序的先后顺序插进刀库中，使用时按顺序转到取刀位置，用过的刀具放回原来的刀座内。特点是不需要刀具识别装置，驱动装置简单，工作可靠，但刀库中每把刀具在不同的工序中不能重复使用，假如刀具不按顺序装在刀库中，将会产生严重的后果。

　　随机选刀方法是根据指令要求任意选择所需要的刀具，刀具在刀库中是任意存放的。每把刀具(或刀座) 均编上代码，自动换刀时，刀库旋转，每把刀具都经过“刀具识别”，当刀具代码与CNC 指令代码相符时，该刀具被选中，刀库旋转将刀具送到换刀位置。

　　4.2、可编程控制器(PLC) 实现随机选刀

　　这种选刀方式中刀库上的刀具能与主轴上的刀具任意直接的交换，该方式主要应用软件来完成选刀。消除了由于识刀装置的稳定性、可靠性带来的选刀失误。

　　4.2.1 刀具号和刀座号的同一

　　为说明方便，以刀库8 把刀为例，刀库有8 个刀座，可放8 把刀具。实际使用根据刀库的实际而定。为方便使用BCD 码表示，刀座固定位置编号为方框内1～8 号，O 为主轴刀位置号，如图3 左边所示。

图3  刀库模拟图及刀号对照数据表

　　在PLC 内部建立模拟刀库的数据表，数据表的表序号D0～D8 刀库刀座编号逐一对应，每个表序号(D0～D8 ) 的内容即为刀具号，D0 的内容(D0 ) 为主轴上的刀具号。当刀库旋转时，每个刀座通过换刀位置时，给PLC 输进脉冲，当刀库正转时，使计数脉冲加1 ，反转时计数脉冲减1，PLC 内部计数器的值始终在1～8 间循环，且当前值即是刀库当前刀座号位置，如图3 右边所示。

　　4.2.2 选刀的流程分析

　　当PLC 接受到来自CNC寻找新刀具的指令时，在内部的数据寄存器的模拟刀库数据表中进行数据检索，检索到CNC给定的刀具号，该刀具号所在的刀座号位置与当前的刀库位

　　置比较计算刀库的转向和相差的“间隔”，计算结果给刀库轴发出总的脉冲数和脉冲频率，使所需的刀座号转到换到位置，为刀库、机械手、主轴间的换刀作好预备。换刀流程图如图4 所示。

图4 换刀流程图

5、PROFIBUS-DP 实现实时通讯

　　现场总线（PROFIBUS）技术是实现现场级设备数字化通讯的一种产业层网络通讯技术。应用现场技术可用一条电缆将现场设备智能化，带有通讯接口连接，使用数字化通讯代替4～20mA/24VDC信号，完成现场设备控制、监测、远程数字化等功能。由于现场总线的自动化监控系统采用计算机数字化通讯技术，使自动化系统与设备加进工厂信息网络，成为企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到现场。系统采用PC 机加PROFIBUS-DP 网卡作为一类主站，网卡具有PROFIBUS/DP/FMS 接口。

　　选择与网卡配合使用的软件包，软件功能可决定PC 机作一类主站还是只作编程监控的二类主站。从站选择带PROFIBUS 接口的PLC、分散式I/O、传感器、驱动器等。从站性能指标首先满足现场设备控制需要，再考虑PROFIBUS 接口题目，一些从站不具备PROFIBUS 接口，考虑外接PROFIBUS转接口。

6、结论与展看

　　数控加工中心是综合应用机械发展的新成就，并运用现代电子、丈量计算机等新技术，是机电一体化的结晶，目前已成为机械制造发展的重要方向。近年来， PLC 已具有强大的运算能力，良好的通讯功能，极高的处理速度，已获得广泛的应用。PLC技术具有成品组装，可靠性极强，安装、使用、维护、维修方便的特点。PLC在数控加工中心中的推广和使用必然使得数控加工中心的控制系统更加灵活、工作性能更加稳定、加工精度更高、速度更快快、而功能更趋向于齐全。希看本文的有关技术研究给该领域的研究者带来一定的启发和裨益。

　　本文作者创新点：基于PLC的840D加工中心控制系统的新型解决方案，具有成品组装，可靠性极强，安装、使用、维护、维修方便等优点，同时实时性也得到大大改善。