殷紅梅，劉利宏，張欽

(淮安信息職業(yè)技術(shù)學院，江蘇淮安223003)

現(xiàn)場總線是當今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的方向之一，被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)。CAN(Controller Area Network)屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN 總線的應(yīng)用范圍遍及從高速網(wǎng)絡(luò)到低成本的多線路網(wǎng)絡(luò)，廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中的各檢測元件和執(zhí)行機構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信。在數(shù)控機床中，控制系統(tǒng)部分通過多個伺服單元控制機床的運動，有很多信號線部落在機床上的操作臺、液壓系統(tǒng)、刀庫、主軸變擋、工作臺限位系統(tǒng)，布線安裝繁瑣，調(diào)試時間長，工作效率低，加之布線密集、復雜，加上，電纜易老化，機床在長期的運行中經(jīng)常會出現(xiàn)短路等不正常狀態(tài)甚至損壞。

文中運用CAN 總線技術(shù)，以大連機床廠生產(chǎn)的CKA6136 系列數(shù)控臥式車床為平臺，將CAN 總線技術(shù)創(chuàng)新性的運用到該機床中，制作一種數(shù)控機床用CAN 遠程信號采集模塊，取代控制線，解決機床在工作時的布線繁冗、穩(wěn)定性不夠等問題，以提升機床的精度與穩(wěn)定性。

1 CKA6136 機床電氣控制概述

CKA6136 數(shù)控臥式車床主要承擔各種軸類及盤類零件的半精加工及精加工，采用雙速電機加電磁離合器，可實現(xiàn)手動三擋，擋內(nèi)自動變速的功能。該型號的電氣控制系統(tǒng)是由CNC 控制部分、交流伺服驅(qū)動部分及中、強電控制部分構(gòu)成。伺服驅(qū)動單元、CNC 控制單元構(gòu)成半閉環(huán)控制，使機床加工、定位精度高;CNC 控制部分、伺服驅(qū)動單元部分采用日本FANUC 公司的產(chǎn)品，使機床性能優(yōu)越，PLC內(nèi)附于CNC 內(nèi)部，使得機床運行更加可靠、穩(wěn)定，達到高精度、高效率。該機床控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 機床控制系統(tǒng)框圖

2 CKA6136 車床使用數(shù)據(jù)采集模塊情況詳述

2.1 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計思路

根據(jù)CKA6136 車床的電氣原理圖得知該機床的電氣的主要部分由主軸控制單元、刀架進給控制單元、冷卻控制、電源控制等部分組成，基于CAN 總線的工作模式，采用14 塊遠程控制數(shù)控采集模塊來控制機床的電氣部分，分別為00#－01# 、02#－03#、04#－05#、06#－07#、08#－09#、10#－11#、12#－13#等7 塊16 路DI 雙向CAN 從站模塊以及03#、05#、07#、09#、11#、13#等7 塊16 路DO 繼電器從站模塊。下面分別介紹上述模塊在運行的作用。

(1)00#－01# 與01#從站模塊。該對模塊主要實現(xiàn)液壓卡盤與液壓尾架的夾緊與松開功能，成型模塊示意圖如圖2。

圖2 00#－01# 與01#從站模塊示意圖

(2)02#－03#與03#從站模塊。該對模塊主要實現(xiàn)主軸正反轉(zhuǎn)、停止功能與手動軸X、Z 的快速選擇及方向判定功能，其成型模塊示意圖如圖3。

圖3 02#－03# 與03#從站模塊示意圖

(3)04#－05#與05#從站模塊。該對模塊主要實現(xiàn)速度倍率的控制，包括進給速度與主軸轉(zhuǎn)速，此外，還可以實現(xiàn)循環(huán)啟動與停止功能以及照明功能。其成型模塊示意圖如圖4。

圖4 04#－05# 與05#從站模塊示意圖

(4)其他模塊。由于研制做原理相同，其它模塊簡述如下:06#－07#與07#從站模塊設(shè)計實現(xiàn)回零功能，包含X 軸與Z 軸以及主軸精確速度的調(diào)整與控制。08#－09#與09#從站模塊設(shè)計實現(xiàn)空運行、機床鎖定、冷卻、軸的選擇、進給倍率控制、程序保護、單段控制、DNC 運行以及急停等功能，10#－11#與11#從站模塊設(shè)計實現(xiàn)回參考點(X 軸、Z 軸)、卡盤內(nèi)外卡的選擇、檔位開關(guān)信號選擇的功能。12#－13#與13#從站模塊設(shè)計實現(xiàn)自動運行、MDI、編輯、手搖、輔助、跳選、卡盤夾緊提示、尾座夾緊提示等功能。

2.2 采集模塊主從站工作方式

以主站為中心對多個從站的數(shù)據(jù)做出采集并以CAN 通訊方式傳輸，從站根據(jù)信號的格式需要選擇被采集的信號源分布設(shè)備角落以高速映射的方式對主站映射數(shù)據(jù)，主站打包傳送到上位機PLC。其中，CAN 遠程信號采集模塊在沒有上位機PLC 的情況下運行，主站和從站組成獨立的采集系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)映射。從站模塊把外設(shè)的I/O 信號打包壓縮后通過CANBUS 高速映射上傳到主站網(wǎng)關(guān)BH-320，BH-320再通過MODBUS 把所有站或其中幾個站的外設(shè)信號一次同時上傳到PLC 或PC;PLC 或PC 一次同時把所有外設(shè)輸出信號通過MODBUS 下傳到BH-320，BH-320 通過CANBUS 高速映射下傳到從站模塊(BH-16DI)輸出到外設(shè)。其主從站示意圖如圖5，高速映射原理圖如圖6。

圖5 主從站映射示意圖

圖6 主站BH-320 與從站之間的高速映射原理圖

根據(jù)CKA6136 臥式數(shù)控車床的電氣控制情況與數(shù)據(jù)采集模塊的工作原理得出最終主從站之間的實際連接方式，如圖7所示。

CAN 遠程信號采集模塊映射是對沒有上位機通訊方式操作，解決現(xiàn)場電控和設(shè)備距離遠、電線多、壓降大等問題，映射的組成是數(shù)字量和模擬量的映射。將此模塊運用在數(shù)控機床中，即可以達到信號準確、通訊速度高、維護方便、降低成本等目的。

圖7 主從站連接示意圖

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