石滿船 楊錦斌 黃桂英 龔 旭

(青海一機(jī)數(shù)控機(jī)床有限責(zé)任公司，青海西寧 810018)

某公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的CK8011F重型專用數(shù)控車床，主要適用于加工鐵路長軸類、輪轂類等特殊零件。為改善加工工藝，提高加工精度，提升生產(chǎn)效益，該機(jī)床設(shè)計(jì)配有兩個(gè)刀架，兩個(gè)主軸和兩組進(jìn)給軸(即兩個(gè)X軸和兩個(gè)Z軸)，機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

機(jī)床采用兩套SINUMERIK 828D PPU260.2數(shù)控系統(tǒng)分別控制相對(duì)應(yīng)的刀架及X軸、Y軸，兩套數(shù)控系統(tǒng)共同使用一個(gè)16 kW的電源模塊(ALM)和接口模塊(AIM)，為所有的進(jìn)給軸提供直流母線電壓;兩組進(jìn)給軸分別由兩個(gè)2X18A的功率模塊S120進(jìn)行控制，各進(jìn)給軸的編碼器分別連接到相對(duì)應(yīng)的接口。同時(shí)，機(jī)床的兩個(gè)主軸分別使用西門子G120驅(qū)動(dòng)器控制30 kW的變頻電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)主軸的外置編碼器分別通過相應(yīng)的編碼器接口模塊SMC20連接到相應(yīng)的PPU260.2，以實(shí)現(xiàn)不同的加工需求。具體控制系統(tǒng)連接如圖2所示。

該機(jī)床工作時(shí)，左邊的數(shù)控系統(tǒng)要優(yōu)先于右邊的數(shù)控系統(tǒng)，也就是說左邊的數(shù)控系統(tǒng)啟動(dòng)后，右邊的數(shù)控系統(tǒng)才能啟動(dòng);左邊的系統(tǒng)正常后，右邊的系統(tǒng)才能正常工作。同樣，左邊的系統(tǒng)正常后，右邊的系統(tǒng)才能正常工作，左邊的系統(tǒng)如果處于急停狀態(tài)，右邊的系統(tǒng)就不能正常工作，而右邊的系統(tǒng)處于急停狀態(tài)時(shí)，卻不能影響左邊的系統(tǒng)。

因此，在控制過程中兩個(gè)數(shù)控系統(tǒng)之間必須進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，才能實(shí)現(xiàn)以上要求。

1 數(shù)據(jù)交換方式分析

隨著CAD、CAM、CIMS技術(shù)和數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)之間、數(shù)控系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)之間通訊方式越來越多。本機(jī)床使用的西門子SINUMERIK 828D數(shù)控系統(tǒng)之間的實(shí)現(xiàn)通訊或數(shù)據(jù)交換的方式，主要有以下幾種:

(1)PN/PN耦合器數(shù)據(jù)交換法

PN/PN耦合器(PN/PN Couple)是兩個(gè)數(shù)控系統(tǒng)之間通訊的基本方法之一。SINUMERIK 828D PPU260.2的Profinet接口PN2通過對(duì)等網(wǎng)線連接到PN/PN耦合器上，同樣另外一個(gè) SINUMERIK 828D PPU260.2的Profinet接口PN2也通過對(duì)等網(wǎng)線連接到偶合器，在機(jī)床的兩個(gè)SINUMERIK 828D上設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)、IP地址和接口后，就可以使用S7－200 PLC中專用的數(shù)據(jù)塊(Data Block)，兩個(gè)數(shù)控系統(tǒng)同時(shí)對(duì)專用數(shù)據(jù)塊中的變量和相應(yīng)的接口信號(hào)進(jìn)行讀寫操作，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和其他不同功能。

(2)局域網(wǎng)數(shù)據(jù)交換法

局域網(wǎng)是目前計(jì)算機(jī)通訊的主要手段之一。而集線器(HUB)是局域網(wǎng)中的重要部件之一，它是網(wǎng)絡(luò)連接的連接點(diǎn)。SINUMERIK 828D自帶有Profinet接口，為組建局域網(wǎng)提供了有利條件。同樣的道理，在兩個(gè)數(shù)控系統(tǒng)之間使用集線器(HUB)組建一個(gè)小型局域網(wǎng)，將兩個(gè)PPU260.2的Profinet接口PN2通過對(duì)等網(wǎng)線連接到HUB上，在機(jī)床的兩個(gè)SINUMERIK 828D上設(shè)置好相應(yīng)的IP地址和接口后，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)不同的功能。

(3)Sinamics數(shù)字I/O控制端子數(shù)據(jù)交換法

SINUMERIK 828D數(shù)控系統(tǒng)除了具有Profinet接口以外，還有Sinamics數(shù)字I/O接口和NCK數(shù)字I/O接口等接口。使用Sinamics數(shù)字I/O接口的功能，也可實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊。Sinamics數(shù)字I/O接口的控制端子X122和X132經(jīng)拓?fù)渥R(shí)別后，每一個(gè)端子的腳號(hào)具備相應(yīng)的功能，同時(shí)這些功能可通過參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置，以獲得其他相應(yīng)的功能。

前兩種方案都需要使用較高成本的硬件，并且參數(shù)設(shè)置較為繁瑣，IP地址容易混淆，在實(shí)際中較少使用。第三種方案，硬件連接簡單，Sinamics數(shù)字I/O接口的功能經(jīng)拓?fù)渥R(shí)別后可自動(dòng)分配，不需要設(shè)置其他參數(shù);另外，在調(diào)試或?qū)嶋H使用中方便簡潔。

結(jié)合數(shù)控機(jī)床實(shí)際使用情況，決定使用第三種方案——Sinamics數(shù)字I/O控制端子數(shù)據(jù)交換法。

2 Sinamics數(shù)字I/O數(shù)據(jù)交換法的應(yīng)用

Sinamics數(shù)字I/O分別是控制端子 X122和X132，這兩個(gè)控制端子都是通過 14芯插頭與PPU260.2連接，每個(gè)控制端子的每個(gè)腳都有不同功能，通過系統(tǒng)拓?fù)渥R(shí)別都會(huì)有相應(yīng)的功能。

表1 控制端子X122(Sinamics I/O)的分配功能

表2 控制端子X132(Sinamics I/O)的分配功能

(1)Sinamics數(shù)字I/O接口的功能分配

PPU260.2數(shù)字I/O接口提供了兩個(gè)控制端子，即端子X122和端子X132。端子X122和端子X132每個(gè)腳的功能，在系統(tǒng)調(diào)試過程中，經(jīng)過恢復(fù)出廠設(shè)置和自動(dòng)拓?fù)渥R(shí)別后，自動(dòng)分配了標(biāo)準(zhǔn)功能，不需要進(jìn)行手動(dòng)建立BIOC連接。當(dāng)需要更改時(shí)，可修改相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。端子X122和端子X132的主要腳號(hào)功能如表1和表2所示。在本文中沒有使用的腳號(hào)功能未在表中列出。

(2)數(shù)據(jù)交換功能的連接與調(diào)試

左邊的PPU260.2系統(tǒng)的具體連接見圖3所示。當(dāng)系統(tǒng)PLC驅(qū)動(dòng)總線就緒信號(hào)DB2700.DBX2.5為1后，ALM電源模塊X21的3腳接入24 V，即EP使能。間隔100 ms后，PPU的X122.1接入24 V，ON/OFF1使能。OFF1使能加上后，可以加OFF3使能，即PPU的X122.2接入24 V，這樣PPU就處于使能狀態(tài)，PPU的X132.9和X132.10此時(shí)輸出24 V，通過功率繼電器控制右邊PPU的ON/OFF1使能和OFF3使能。

同樣的道理，驅(qū)動(dòng)總線就緒信號(hào)DB2700.DBX2.5為1后，PPU的X122.1通過功率繼電器KA1接入24 V，ON/OFF1使能;之后，PPU 的 X122.2通過功率繼電器KA2接入24 V，OFF3使能。這些使能加上之后，PPU的 X132.9和 X132.10輸出 24 V，作為左邊PP72/48 I/O的輸入信號(hào)，當(dāng)這兩個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)為1后，可以給X軸和Z軸加脈沖使能和控制使能，即PLC 接口信號(hào) DB380x.DBX4001.7=1 和 DB380x.DBX2.1=1。

3 結(jié)語

在正確的硬件連接的基礎(chǔ)上，根據(jù)上述的控制時(shí)序設(shè)計(jì)PLC程序，并通過以上介紹的數(shù)據(jù)通訊方式，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)數(shù)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊，即可滿足該機(jī)床的工作要求，并且本文介紹的數(shù)據(jù)通訊方式，可省去一些成本較高的硬件，有較好的性價(jià)比。

數(shù)字I/O控制端子數(shù)據(jù)交換技術(shù)在某公司設(shè)計(jì)的機(jī)床上已成功應(yīng)用，受到用戶好評(píng)。

［1］鄭萍.現(xiàn)代電氣控制技術(shù)［M］.重慶:重慶大學(xué)出版社，2000.