王曉玉，姜宇，趙進，譚智

（沈陽機床（集團）有限責任公司，沈陽 110142）

0 引言

對于機床行業(yè)，除了能夠為客戶提供高質量的數控機床之外，還能夠提供整個生產線的解決方案，將會大大增加客戶的滿意度和訂單數量。然而數控系統(tǒng)的多樣性和數控系統(tǒng)中PLC 使用的特殊性使得數控機床的生產線運動控制方案具有一定的難度。本文在生產線實驗臺的基礎上，對不同數控系統(tǒng)和外圍設備的運動控制方案進行了研究。

1 實驗臺的設備組成

生產線實驗臺由兩臺西門子840Dsl 數控系統(tǒng)車床和一臺發(fā)那科數控系統(tǒng)車床和一個機器人，上下料設備，緩沖工位設備，RFID 讀寫器設備等組成，實驗生產工件為數控車床的主軸。根據整個生產線所使用的設備，將生產線運動控制方案分為機床、機器人和其他外圍設備三類，總體控制方案拓撲結構如圖1 所示。

圖1 生產線實驗臺設備拓撲結構圖

2 機床控制方案

由于總線控制PLC 采用的是西門子S7-300，所以將機床控制方案分為西門子數控系統(tǒng)和其他數控系統(tǒng)，其中西門子數控系統(tǒng)通過DP/DP 耦合器與總線控制PLC進行通訊，其他數控系統(tǒng)通過PLC 的I/O 點與西門子分布式I/O 相連接的方式進行通訊。

2.1 西門子840Dsl 數控系統(tǒng)機床控制方案

對于生產線實驗臺上的840Dsl 數控系統(tǒng)車床，總線控制PLC 采用西門子DP/DP 耦合器模塊與數控機床交互信息。線控PLC 與數控機床之間的通訊信號接口如表1。

線控PLC 通過DP/DP 耦合器和數控機床交換數據，由于有2 臺840Dsl 數控機床，因此需要2 個DP/DP 耦合器，線控PLC 與每臺機床通過2Bytes 輸入和2Bytes 輸出交換數據，同時分別設置2Bytes 的一致性輸入/輸出數據，用于機床與線控PLC 進行通訊。

表1 線控PLC 與數控機床之間的通訊信號接口

2.2 其他數控系統(tǒng)機床控制方案

生產線實驗臺上的非西門子840Dsl 數控系統(tǒng)的車床，線控PLC 通過分布式I/O 與其進行數據交互，如圖1所示。交互的數據包括機床狀態(tài)，工件狀態(tài)等信息，其控制信號和控制方法與西門子840Dsl 數控系統(tǒng)相同，由于采用的是分布式I/O 控制，其硬件組態(tài)與外圍設備相同。

3 機器人控制方案

總線控制PLC 的主要功能是判斷各個機床、機器人和外圍設備的狀態(tài)，控制機器人，實現(xiàn)工件的自動上下料動作，因此對機器人的控制十分重要，要充分考慮自鎖和互鎖條件，以保證動作的安全性和可靠性。

3.1 機器人搬運流程

根據生產線實驗臺的加工流程，確定機器人的搬運步驟如下：1）入口零件架→RFID 讀寫器；2）RFID 讀寫器→1 序（高剛度數控車床）；3）1 序（高剛度數控車床）→1 序中轉臺；4）1 序中轉臺→2 序（高剛度數控車床）；5）2序（高剛度數控車床）→2 序中轉臺；6）2 序中轉臺→3 序（數控車床）；7）3 序（數控車床）→手動操作站臺1；8）手動操作站臺2→出口零件架。

根據加工工件的需要，生產線實驗臺中包括人工參與的手動操作站部分。

3.2 總線控制PLC 與機器人的接口信號

根據機器人搬運流程，確定機器人與線控PLC 之間的接口信號如表2 所示。

表2 線控PLC 與機器人接口信號

3.3 線控PLC 方面的硬件設置

使用機器人的輸入輸出與PLC 進行通訊，線控PLC需要使用分布式I/O 與機器人進行數據交換，要求機器人電柜中有安裝分布式I/O 的 空間，或在機器人電氣柜附近加裝設備安裝分布式I/O。線控PLC 需要增加的設備包括西門子ET200S 分布式I/O 中的接口模板IM151-1 HF，電源模板PM-E，數字量輸入輸出模塊等。

4 外圍設備控制方案

外圍設備包括出入口零件架，中間有人參與的工位、中轉臺和RFID 讀寫器等工位，外圍設備的信號讀出和寫入主要是使用分布式I/O 實現(xiàn)的。

4.1 物料入口/出口控制方案

物料入口由人工將主軸物料放置在零件架上，然后由機器人進行搬運，為了保證工人的安全，要在零件架上安裝按鈕盒。當需要上料時，操作人員通過按下“上料請求”按鈕，若“上料請求”按鈕燈亮，說明線控PLC 相應請求，此時機器人不會執(zhí)行取料動作，操作人員放料結束后，按下“上料完成”按鈕，“上料請求”燈熄滅，若條件滿足，便可以通知機器人執(zhí)行搬運動作。物料出口控制方案與入口控制方案相同。

4.2 中間有人工參與工位方案

對生產線最后需要人工參與的工位。根據生產線自動控制總體需要，采用自動化設備，如圖2 所示。通過托盤交換的方式，將工件交換到可前后移動的小車上，再通過氣缸或傳動鏈將工件運送到安全區(qū)域，操作人員將工件取走后，小車自動退回到生產線，等待下一個工件。每個工位安裝檢測工件有無的傳感器，前后移動工位安裝小車有無檢測裝置，采用氣缸傳動，通過分布式I/O 驅動氣閥。整個生產線實驗臺的各個部分的控制分別闡述完畢，圖3 是整體的PLC 硬件組態(tài)圖。

圖2 有人工參與工位控制方案

圖3 總線控制PLC 硬件組態(tài)

5 結語

生產線實驗臺為數控機床生產線研究提供了硬件平臺，有利于為客戶提供智能化解決方案。

［1］Programming with STEP 7 Manual［M］.西門子工業(yè)自動化，2006.

［2］DP/DP Coupler 使用快速入門［M］.西門子工業(yè)自動化，2009.

［3］PROFIBUS Networks Manual［M］.西門子工業(yè)自動化，2005.

［4］崔堅.西門子工業(yè)網絡通訊指南［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2005.