何 晶

（遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，丹東 118009）

0 引言

我國(guó)的母線槽的生產(chǎn)所用的數(shù)控沖床現(xiàn)在依舊不能自給，但是對(duì)于母線槽的需求卻與日俱增，因此設(shè)計(jì)出新型數(shù)控沖床母線槽機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)，用來(lái)提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)母線槽生產(chǎn)的自動(dòng)化具有十分重要的意義。遼寧機(jī)電設(shè)計(jì)的母線槽主要是由蓋板、側(cè)板和中間銅板構(gòu)成，其中蓋板是產(chǎn)品中最重要的東西，也是其中最難加工的部分如圖1所示。

1 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)方案

一個(gè)系統(tǒng)的使用效果如何，離不開(kāi)它的硬件和軟件設(shè)計(jì)，兩者的好壞，直接影響到整體使用效果。本方案在硬件的挑選上兼顧軟件設(shè)計(jì)的前提，同時(shí)，在硬件基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了符合控制要求的軟件。

1.1 控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

圖1 母線槽蓋板結(jié)構(gòu)示意圖

近年來(lái)，開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)被世界各國(guó)采用，它的優(yōu)點(diǎn)是不依賴于特定的軟硬件平臺(tái)的數(shù)控系統(tǒng)，在通用性、兼容性、可擴(kuò)展性和可移植性各個(gè)方面都有顯著的優(yōu)勢(shì)，因此它能很好的處理好數(shù)控沖床和型材的輸送系統(tǒng)的接口的信息輸送，使得材料能及時(shí)自動(dòng)的輸送。在本設(shè)計(jì)中，采用了“PC+PLC+DMC5400運(yùn)動(dòng)控制卡”的結(jié)構(gòu)，利用運(yùn)動(dòng)控制卡和PLC一起完成數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)任務(wù)。整個(gè)系統(tǒng)的組織框架如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框架圖

從圖2中我們可以看出，整個(gè)系統(tǒng)是由數(shù)控沖床系統(tǒng)和型材輸送系統(tǒng)組成的，數(shù)控沖床系統(tǒng)又是由DMC5400運(yùn)動(dòng)控制卡和PLC兩部分組成，分別控制主軸的定位和各個(gè)輸入和輸出單元。型材輸送系統(tǒng)也是采用PLC進(jìn)行典型的順序控制的。

1.2 系統(tǒng)主要硬件的選用

1.2.1 DMC5400運(yùn)動(dòng)控制卡

DMC5400運(yùn)動(dòng)控制卡在數(shù)控沖床中的使用運(yùn)行效果相當(dāng)?shù)睦硐搿？刂瓶ㄊ且环N安裝在PC機(jī)中的板卡，作為PC機(jī)的下位控制單元，它在專機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，是具有很大的靈活性和開(kāi)放性的，用戶可以再很短的時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)出強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。DMC5400是一款能同時(shí)控制四軸步進(jìn)或伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制卡，對(duì)于位置的測(cè)量十分的準(zhǔn)確和方便。

1.2.2 三菱FX2N PLC

Programmable Logic Controller簡(jiǎn)稱 PLC，是可編程控制器，它是專為工業(yè)環(huán)境的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的只用數(shù)字運(yùn)算電子操作系統(tǒng)，其內(nèi)部可以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)等多項(xiàng)功能，控制各種類型的機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程，它具有以下五個(gè)特點(diǎn)：1）可靠性高、抗干擾性強(qiáng)；2）編程簡(jiǎn)單、易學(xué)、使用方便；3）功能完善、通用性強(qiáng)；4）設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便；5）采用模塊化結(jié)構(gòu)、接口模塊豐富。正是因?yàn)镻LC具有上面的優(yōu)勢(shì)，因此在工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用，應(yīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。三菱FX2N系列PLC是三菱可編程控制器小型系列中最先進(jìn)的PLC，它的強(qiáng)大功能為工廠自動(dòng)化的運(yùn)用提供最大的靈活性和控制能力，因此成為了本系統(tǒng)的硬件的首選。

1.2.3 工控機(jī)及觸摸屏

工控機(jī)和普通的電腦是有很大的區(qū)別的，是一種加固加強(qiáng)的計(jì)算機(jī)，因?yàn)楣S的工作是持續(xù)性的，經(jīng)常工作幾個(gè)月的時(shí)間，也無(wú)法停下來(lái)，而且現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)往往會(huì)有很多的灰塵，震動(dòng)也很強(qiáng)烈，還常有很強(qiáng)的電磁干擾，因?yàn)榇嬖跁r(shí)上述原因，對(duì)于工控機(jī)的要求比起普通的計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)高得多。

2 軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1 操作系統(tǒng)選擇

開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的操作平臺(tái)，是指的數(shù)控軟件的開(kāi)發(fā)平臺(tái)和運(yùn)行環(huán)境，操作系統(tǒng)平臺(tái)的好壞，直接影響到了軟件開(kāi)發(fā)和數(shù)控系統(tǒng)的性能和應(yīng)用范圍，在網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)展的今天，開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)可以和其它的系統(tǒng)應(yīng)用一起操作，有統(tǒng)一風(fēng)格的用戶界面，現(xiàn)在人們常用的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的操作系統(tǒng)有DOS操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)Linux系統(tǒng)和Windows系列操作系統(tǒng)。

2.2 開(kāi)發(fā)工具的選用

本系統(tǒng)的控制軟件選用的軟件開(kāi)發(fā)工具是在WindowsⅫ平臺(tái)下以KingvieW(組態(tài)王) 6.5軟件，它的運(yùn)行環(huán)境是Windows98第二版/2000/NT4.0/XP中文平臺(tái)，可以在同時(shí)多任務(wù)的情況下，還是可以穩(wěn)定運(yùn)行。組態(tài)王一直是國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)的工控組態(tài)軟件之一，它具備很多的優(yōu)點(diǎn)：1）軟件可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)任務(wù)；2）能支持眾多的數(shù)據(jù)采集和輸出設(shè)備，可以節(jié)省出很多開(kāi)發(fā)的時(shí)間，具有有著很強(qiáng)的通訊能力和良好的開(kāi)放性的；3）擁有功能強(qiáng)大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；4）網(wǎng)絡(luò)功能也非常的強(qiáng)大，可以讓客戶實(shí)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控；5）有多方的冗余功能，即使出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)的丟失也可以最大限度的減少，對(duì)于維護(hù)系統(tǒng)，提供了方便；6）編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)周期短；7）開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)具有開(kāi)放性和靈活性的特點(diǎn)，支持OPC標(biāo)準(zhǔn)；8）具有比較大的畫面組態(tài)的功能，能比較好對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模擬。使用組態(tài)王軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，能使系統(tǒng)在運(yùn)用中能滿足實(shí)際應(yīng)用需要。

2.3 控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

母線槽生產(chǎn)控制系統(tǒng)選用的是多任務(wù)處理軟件，這個(gè)軟件可以根據(jù)生產(chǎn)的需求，將控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行很好的劃分，形成是個(gè)模塊，他們是數(shù)控加工控制模塊、型材輸送模塊、信息管理模塊和故障診斷模塊，這些模塊也可以再進(jìn)行分割和擴(kuò)展，在每一個(gè)大的模塊下面，可以分割出功能更加細(xì)化的模塊，是的各種功能進(jìn)一步完善。在控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，一般都必須遵循這樣一個(gè)原則：必須先在基本的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行擴(kuò)展，先運(yùn)轉(zhuǎn)才能進(jìn)行調(diào)試、完善如圖3所示。

3 新型數(shù)控沖床母線槽機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

整個(gè)數(shù)控控制系統(tǒng)的核心部分是在沖床數(shù)控加工功能上，系統(tǒng)的其它的功能的設(shè)定，都是為它服務(wù)的，機(jī)床的加工控制模式有自動(dòng)和手動(dòng)兩種，都是通過(guò)控制面板和觸摸屏兩種控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。母線槽的加工，一般情況下是使用沖床數(shù)控加工的制動(dòng)控制模式的。

圖3 控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框架圖

沖床數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)中，必須考慮到實(shí)時(shí)性的因素。PLC本身具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、容易編程的特點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)卡則有控制卡主軸極度高、控制起來(lái)方便的特點(diǎn)，但是在兩者相結(jié)合的時(shí)候，是需要考慮到它們結(jié)合后的實(shí)時(shí)性的問(wèn)題的。當(dāng)數(shù)控沖床在手動(dòng)的模式下進(jìn)行作業(yè)的時(shí)候，對(duì)于精度的要求是不高的，也容易控制。但是當(dāng)把控制卡作為PLC的一個(gè)控制對(duì)象的時(shí)候，系統(tǒng)的控制的安全性能會(huì)大大的提高，但是對(duì)于他們的實(shí)時(shí)性要求也比較高，在兩者結(jié)合后，必須達(dá)到主軸工作的時(shí)候，各個(gè)工位是不再動(dòng)作的。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代的高層建筑以及大型的車間都對(duì)于的電能的需求很大，但是面對(duì)如此龐大的負(fù)荷所需要的成百上千安培的強(qiáng)大電流就必須選擇安全的、可靠的傳導(dǎo)設(shè)備。母線槽系統(tǒng)就是一個(gè)高效輸送電流的配電裝置，它適應(yīng)了愈來(lái)愈高的建筑物以及規(guī)模巨大的工廠經(jīng)濟(jì)合理配線的需要，所以生產(chǎn)母線槽的專用數(shù)控沖床的需求也越來(lái)越大。但是我國(guó)像這樣的專用數(shù)控沖床比較稀少，大部分是國(guó)產(chǎn)的普通沖床或者是經(jīng)過(guò)改造的簡(jiǎn)陋的數(shù)控沖床，設(shè)備的精度低、速度緩慢，不能滿足市場(chǎng)的需要，如果進(jìn)口，那樣會(huì)增加企業(yè)的生產(chǎn)成本，給企業(yè)帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)。新型數(shù)控沖床母線槽機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)就完美的解決了這一難題，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化，有利于生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的提升。

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