斗笠式刀庫自動換刀控制組態(tài)系統(tǒng)的開發(fā)

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DOI: 10． 3969 / j. issn. 1001 － 3881. 2012. 08. 019 斗笠式刀庫自動換刀控制組態(tài)系統(tǒng)的開發(fā) 牛志斌 ( 山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西長治 046011) 摘要: 論述如何利用組態(tài)軟件對斗笠式刀庫自動換刀過程進(jìn)行組態(tài)設(shè)計，實(shí)現(xiàn)對加工中心自動換刀動作的動態(tài)控制及 監(jiān)控功能。該組態(tài)系統(tǒng)對數(shù)控技術(shù)維修人員及時排除自動換刀系統(tǒng)故障、特別是職業(yè)院校進(jìn)行數(shù)控機(jī)床維修實(shí)踐教學(xué)及技 能培訓(xùn)具有重要的指導(dǎo)作用。 關(guān)鍵詞: 斗笠式刀庫; 自動換刀; 組態(tài)軟件 中圖分類號: TH17 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: B 文章編號: 1001 － 3881 (2012) 8 － 053 － 3 Development of Cloaks Knives Storeroom Control Configuration System NIU Zhibin ( Shanxi Institute of Mechanical ＆ Electrical Engineering， Changzhi Shanxi 046011，China) Abstract: The overall design of cloaks knives storeroom automatic tool-change control configuration system was exposited． Dy- namic monitoring to the automatic tool-change process was realized． The configuration system is very important for CNC maintenance staff to remove the automatic tool-changing system failure immediately，while it provides guidance for CNC machine skills training or practice teaching in vocational schools． Keywords: Cloaks knives storeroom; Automatic tool-change control; Configuration software 加工中心自動換刀控制過程較為復(fù)雜，實(shí)際使用 中故障率較高，因此如何盡快定位故障點(diǎn)，及時掌握 CNC、PLC 及換刀輔助機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)尤為重要。利 用組態(tài)軟件開發(fā)自動換刀控制組態(tài)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)該 功能。作者選用北京亞控公司開發(fā)的組態(tài)王軟件，實(shí) 現(xiàn)了對加工中心斗笠式刀庫自動換刀動作的動態(tài)監(jiān) 控。 具體方法是在電腦中安裝組態(tài)王軟件及 S7-200 PLC 驅(qū)動程序，用通訊線與 SINMUMERIK 802D 數(shù)控 圖 1 通訊電纜接線方法 組態(tài)王軟件及 S7-200 PLC 驅(qū)動安裝及通訊 ( 2) 參數(shù)設(shè)定 系統(tǒng)內(nèi)裝 PLC ( S7-200) 建立通信連接; 開發(fā)自動換 刀控制組態(tài)系統(tǒng)，建立控制界面，在組態(tài)界面中設(shè)置 各個控件的屬性，使設(shè)置的控件按照自動換刀實(shí)際運(yùn) 行情況動作，從而實(shí)時動態(tài)監(jiān)控 PLC、刀庫、主軸和 其他輔助換刀機(jī)構(gòu)的動作及 PLC 的運(yùn)行狀態(tài)。具體 步驟說明如下: 在上位機(jī)中安裝組態(tài)王軟件及 S7-200 PLC 的設(shè) 備驅(qū)動程序，并正確設(shè)置通訊協(xié)議。S7-200 PLC 的通 信協(xié)議主要有 PPI 協(xié)議、MPI 協(xié)議、PROFIBUS 協(xié)議 和自由口協(xié)議等幾種，用戶可以根據(jù)硬件實(shí)際配置進(jìn) 行選擇。該組態(tài)系統(tǒng)利用 PPI 協(xié)議，以建立 S7-200 PLC 和組態(tài)王軟件 ( 上位計算機(jī)) 之間的通信。具 體方法見下文。 2 斗笠式刀庫自動換刀系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計 組態(tài)王軟件與 S7-200 PLC 之間的通信 ( 1) 上位計算機(jī)與 PLC 之間的硬件連接 將通訊電纜的一端連接到上位計算機(jī)的串口，另 一端與 802D 數(shù)控系統(tǒng) ( S7-200 PLC) 的 RS-232C 接 口 X6 連接。通訊電纜接線方法如圖 1 所示。 1 建立新組態(tài)工程的一般過程是: ( 1) 設(shè)計組態(tài)系 統(tǒng)圖形界面; ( 2) 定義硬件設(shè)備; ( 3 ) 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫 收稿日期: 2011 － 04 － 01 作者簡介: 牛志斌 ( 197l—) ，男，工學(xué)碩士，副教授，技師，主要研究方向為數(shù)控機(jī)床維修、數(shù)控技術(shù)、CAD \ CAM 技術(shù)。 E － mail: sxjd5360@ sina. com。 54 機(jī)床與液壓 第 40 卷 ( 定義變量) ; ( 4) 建立動畫連接; ( 5) 運(yùn)行和調(diào)試。 ( 1) 工程建立 啟動 “組態(tài)王” 工程管理器，選擇菜單 “文件 \ 新建工程”，單擊 “下一步”，根據(jù)提示依次輸入存 放新工程的路徑及新工程名稱 “刀庫”，點(diǎn)擊 “完 成” 后，系統(tǒng)提示是否將該工程作為當(dāng)前工程，點(diǎn) 擊 “是” 進(jìn)入工程瀏覽器界面，如圖 2 所示。至此 完成新工程的創(chuàng)建，刀庫自動換刀控制監(jiān)控畫面需在 開發(fā)系統(tǒng)中建立。 圖 4 通信參數(shù)設(shè)定 ( 3) 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫 選擇工程瀏覽器左側(cè)目錄樹 “數(shù)據(jù)庫 \ 數(shù)據(jù)詞 典”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊 “新建” 圖 標(biāo)，彈出 “定義變量” 對話框，根據(jù)表 1 所示 PLC 輸入輸出 I / O 地址分配表，分別對數(shù)據(jù)變量進(jìn)行定 義，如圖 5 所示，并最終完成數(shù)據(jù)庫的構(gòu)造。 表 1 PLC 輸入輸出 I / O 地址分配表 圖 2 工程瀏覽器界面 ( 2) 設(shè)備選擇及通信參數(shù)設(shè)置 在工程瀏覽器中，點(diǎn)擊左側(cè)目錄樹的 “系統(tǒng) \ 設(shè)備”，雙擊 “新建” 圖標(biāo)，出現(xiàn) “設(shè)備配置向?qū)А?對話框，依次選擇 “PLC \ 西門子 \ S7-200 系列 \ PPI \ 下一步”，如圖 3 所示。 “設(shè)備配置向?qū)А?對話 框中，分別設(shè)置要安裝設(shè)備的邏輯名稱、連接的串口 “COM1” 或 “COM2 ”、指定地址 “0 ” 及出現(xiàn)故障 時恢復(fù) 時 間 間 隔 等 參 數(shù)。 然 后 雙 擊 左 側(cè) 目 錄 樹 的 “系統(tǒng) \ 設(shè)備 \ COM1 或 COM2 ”，對通信參數(shù)進(jìn)行設(shè) 置，如通訊方式、波特率、奇偶檢驗、數(shù)據(jù)位、停止 位等，具體設(shè)置如圖 4 所示。 圖 5 定義變量的對話框 監(jiān)控窗口的設(shè)計及動畫連接 ( 4) 選擇工程瀏覽器左側(cè)目錄樹 “文件 \ 畫面”，用 鼠標(biāo)左鍵雙擊右側(cè) “新建” 圖標(biāo)，彈出 “新畫面” 對話框，輸入畫面名稱，建立新的窗口。利用開發(fā)系 統(tǒng)中繪圖工具分別繪制圖 6 所示刀庫監(jiān)控畫面窗口、 圖 7─9 所示 PLC 監(jiān)控畫面窗口，并將窗口內(nèi)生成圖 圖 3 “設(shè)備配置向?qū)А?對話框 輸入 名稱 輸出 名稱 I1. 2 刀號清零 I1. 3 刀庫前限位 I1. 4 刀庫原位 I1. 5 刀號計數(shù) I1. 6 緊刀 I1. 7 松刀 Q0. 6 松刀 Q0. 7 緊刀 Q1. 0 刀庫正轉(zhuǎn) Q1. 1 刀庫反轉(zhuǎn) Q1. 2 刀庫返回 Q1. 3 刀庫前進(jìn) 55 第 8 期 牛志斌: 斗笠式刀庫自動換刀控制組態(tài)系統(tǒng)的開發(fā) 形對象與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)變量之間建立關(guān)系，當(dāng)變量的 值改變時，在畫面上以圖形對象的動畫效果表示出 來。具體步驟限于篇幅，不再詳細(xì)說明。 的運(yùn)行。 如圖 7 所示，可以監(jiān)控刀庫換刀位置刀號、主軸 刀號、刀庫當(dāng)前移動位置、刀具松緊狀態(tài)及主軸位 置。 如圖 8 所示，對整個換刀過程進(jìn)行監(jiān)控，顯示當(dāng) 前換刀動作狀態(tài)，圖中為主軸緊刀工作。 如圖 9 所示，對系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，如 PLC 運(yùn)行狀態(tài)、RS232C 接口是否選擇、換刀狀態(tài)及換刀 是否結(jié)束等。 圖 6 刀庫監(jiān)控畫面窗口 圖 9 PLC 監(jiān)控畫面窗口三 3 結(jié)束語 該斗笠式刀庫自動換刀控制組態(tài)系統(tǒng)主要有以下 創(chuàng)新點(diǎn): 利用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了對自動換刀動作的在線監(jiān) 控，生動、直觀地展現(xiàn)了換刀動態(tài)過程，便于技術(shù)維 修人員和學(xué)生觀察自動換刀機(jī)構(gòu)及 PLC 的運(yùn)行狀態(tài)， 盡快定位故障點(diǎn)、排除故障，同時也為廣大職業(yè)院校 快速高效地開展數(shù)控維修技術(shù)實(shí)踐教學(xué)，提供了開 放、生動的實(shí)驗、實(shí)訓(xùn)條件。目前已取得較好的教學(xué) 效果。 參考文獻(xiàn): 【1】西門子公司． SIMATIC S7-200 可編程控制器系統(tǒng)手冊 ［M］． 2007． 【2】北京亞控科技發(fā)展有 限 公 司． 組 態(tài) 王 6. 5 使 用 手 冊 ［M］． 2007． 【3】北京西門子( 中國) 有限公司． SINUMERIK 802D 簡明調(diào) 試手冊［M］． 2008． 【4】鄧昌奇，熊德琴，張立斌． 加工中心換刀程序的研究 ［J］． 機(jī)床與液壓，2004( 11) : 108 － 109． 【5】李體仁，張淳，夏田． 立式加工中心刀庫刀套的改進(jìn)設(shè)計 ［J］． 機(jī)床與液壓，2004( 1) : 143; 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