1 引言

　根據(jù)工件加工的需要，以獨立的通用的部件為基礎(chǔ)，配以部分專用部件組成的專用機床，稱之為組合機床?；剞D(zhuǎn)工作臺式組合機床是多工位組合機床的一種，它通過回轉(zhuǎn)工作臺進行加工工件的輸送，夾具安裝在工作臺面上，被加工工件一次裝夾后，從一個工位輸送到下一個工位，工作臺轉(zhuǎn)一周，即完成在該機床上的全部加工工序。并且，裝卸工件的輔助時間與機床的加工時間是重合的。本組合機床全稱為回轉(zhuǎn)工作臺式六工位組合機床，有一個上下料工序、五個加工工序，分別為：上下料工序；銑端面工序；鉆中心孔序；鉆的盲孔工序；鉆通孔工序；擴孔工序。組合機床外形參見圖1所示。

圖1 組合機床外形案例圖片

2 系統(tǒng)控制說明

　本組合機床控制系統(tǒng)主要采用siemens s7-200系列plc和西門子觸摸屏ktp-178micro構(gòu)成，plc完成整個機床的信息采集、信息處理、各種驅(qū)動的控制等功能，人機界面完成智能化的后臺管理、各軸加工參數(shù)的設(shè)定、信息監(jiān)視等功能。

　 2.1 系統(tǒng)控制主要部件清單(見表1)

　2.2 系統(tǒng)控制主要部件介紹

　 cpu226是siemens公司生產(chǎn)的s7-200系列中性能最高端的cpu模塊，本機集成24輸入/16路輸出數(shù)字量通道，六個高速計數(shù)器，2個20khz的高速脈沖輸出，最大可擴展7個模塊，兩個通訊端口。

　cpu221是siemens公司生產(chǎn)的s7-200系列中的低端cpu模塊，本機集成6輸入/4路輸出數(shù)字量通道，4個高速計數(shù)器，2個20khz的高速脈沖輸出，不可以擴展模塊，一個通訊端口。

　 em223是siemens公司生產(chǎn)的s7-200系列中數(shù)字量混合模塊， 4輸入/4路輸出數(shù)字量通道。

　 ktp-178micro是siemens公司根據(jù)國內(nèi)用戶使用習(xí)慣和需求而專門開發(fā)的人機界面， 是一款性價比較高的人機界面。

　 步進電機是采用研控自動化科技機電有限公司推出的系列產(chǎn)品，配套yka2404ma細分驅(qū)動器，最高細分數(shù)為200。主軸電機采用三相異步電機。氣缸采用smc系列。

　　2.3 系統(tǒng)控制架構(gòu)(圖2)

圖2 系統(tǒng)控制架構(gòu)

　2.4 系統(tǒng)控制主要特點

　 (1) 輸入信號的處理：本套機床的檢測信號有：回轉(zhuǎn)工作臺用機械式形成開關(guān)、氣缸用磁環(huán)開關(guān)、滑臺用磁性開關(guān)，這些信號的采集利用plc的通用數(shù)字量輸入信號作為信號采集處理。

　 (2) 輸出信號的處理：步進電機單元，利用plc本身集成的高速脈沖信號作為步進電機驅(qū)動器驅(qū)動信號，每臺plc集成兩通道高速脈沖信號，本套系統(tǒng)有四臺plc主機，最多可控制八軸驅(qū)動，控制采用脈沖+方向的控制方式。三相電機單元，利用plc本身集成的通用數(shù)字量輸出信號作為電機驅(qū)動控制信號。氣缸單元，利用plc本身集成的通用數(shù)字量輸出信號作為氣缸驅(qū)動控制信號。

　 (3) 人機交換：本套機床的加工參數(shù)通過上位機觸摸屏來完成，操作人員根據(jù)加工需要可以更改相應(yīng)加工參數(shù)。本套機床可通過上位機觸摸屏進行機床的手動控制與自動控制，如：電機的運行、氣缸的動作、滑臺的點動運行?？赏ㄟ^觸摸屏察看設(shè)備信息，察看設(shè)備信號是否正常。

　 2.5 系統(tǒng)運行模式

　 單機運行，通過觸摸屏操作機床。該模式下又可實現(xiàn)單軸加工、全自動加工兩種加工方式。

　 聯(lián)機運行，通過終端調(diào)度軟件給機床上下料，控制組合機床。

3 軟件設(shè)計

　 本套系統(tǒng)采用了ktp-178micro觸摸屏一臺、cpu226一臺、cpu221三臺，cpu226作為系統(tǒng)的主站。ktp-178通過cpu226的port1口進行數(shù)據(jù)的讀寫，cpu226作為ppi主站通過port0口與下位機的三臺cpu221進行數(shù)據(jù)的讀寫。所用到s7-200的主要控制命令有：網(wǎng)絡(luò)讀寫命令(實現(xiàn)cpu226與三臺cpu221之間的通訊、高速脈沖輸出(實現(xiàn)步進電機的控制)、高速計數(shù)(實時讀取各個進給軸的坐標)，本套系統(tǒng)最大可控制軸數(shù)為八軸，為了方便與其它設(shè)備聯(lián)機作業(yè)，該系統(tǒng)在控制架構(gòu)設(shè)計上增加了聯(lián)機接口。

　 3.1 網(wǎng)絡(luò)讀寫指令

　 網(wǎng)絡(luò)讀指令(netr)初始化通訊操作，通過指令端口(port0)從遠程設(shè)備上接收數(shù)據(jù)并形成表；網(wǎng)絡(luò)寫指令(netw)初始化通訊操作，通過指令端口(port0)向遠程設(shè)備寫表。

　 本套系統(tǒng)中，cpu226定義為2#主站，其它三臺cpu221分別定義為3#從站、4#從站、5#從站。

　 本套系統(tǒng)中利用了網(wǎng)絡(luò)讀(netr)三項，共有三十個字節(jié)。(見表2)

　 本套系統(tǒng)中利用了網(wǎng)絡(luò)寫（netw）指令三項，共有二十六個字節(jié)。(見表3)

　 在cpu226中通過向?qū)Чδ苓M行網(wǎng)絡(luò)讀寫的配置，此配置可在ob1主程序進行循環(huán)調(diào)用，也可通過中斷的形式調(diào)用。

ld sm0.0
call net_exe:sbr8, 0, m7.0, m7.1

　 3.2 組合機床的聯(lián)機接口定義(見表4)

　 該組合機床有單機/聯(lián)機運行功能，并對聯(lián)機運行時提供了i/o接口定義。

　 s1為電平信號，上位機通知機床回零，回零結(jié)束時上位機收到機床就緒信號，再切斷該信號。

　s5為電平信號，上位機通知機床全自動運行，切斷該信號，機床自動運行結(jié)束。
　
　s6為脈沖信號。上位機上下料完成時通知機床繼續(xù)運行。
　
　 3.3 高速脈沖輸出指令

　從站的三臺cpu221每臺控制兩軸的步進電機，利用cpu本身集成的兩通道高速脈沖輸出信號作為步進電機驅(qū)動器的脈沖輸出，其脈沖輸出頻率最高達到20khz，根據(jù)各軸加工的特點，其控制程序要求步進滑臺在作加工時有以下特點：

　 零點(原位)→快進(快速)→攻進(慢速)停留→快退(快速 零點(原位)

　 根據(jù)此特點該程序在設(shè)計時采用多段pto功能，以下為單軸進給事例程序：

///網(wǎng)絡(luò)1
ld sm0.0
movb 16#a0, smb77
&nbs