譚字碩

目前嵌入式精密內(nèi)圓磨削數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，為了提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，需要對(duì)其展開深入研究。文章針對(duì)嵌入式精密內(nèi)圓磨削數(shù)控系統(tǒng)，以西門子PLCS7-200為例，從硬件結(jié)構(gòu)以及軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面闡述了集成PLC控制這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，目的在于提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

PLC技術(shù)本身對(duì)外封閉，不同生產(chǎn)廠家所成產(chǎn)的PLC硬件平臺(tái)存在一定的差異性，這種差異性也體現(xiàn)在PLC語(yǔ)言上，價(jià)格較高。展開嵌入式精密內(nèi)圓磨削數(shù)控系統(tǒng)集成PLC控制設(shè)計(jì)，主要目的是基于傳統(tǒng)硬件PLC結(jié)構(gòu)、基本功能，研發(fā)軟PLC程序，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在嵌入式硬件平臺(tái)中以軟件控制機(jī)床I/O量。應(yīng)用plc技術(shù)后，功能更加全面，工作效率更高，這與應(yīng)用plc技術(shù)之前性鮮明對(duì)比，真正提高了設(shè)計(jì)先進(jìn)性與科學(xué)性。

1硬件結(jié)構(gòu)

1.1結(jié)構(gòu)組成

嵌入式精密內(nèi)圓磨床數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)包括如下內(nèi)容：工業(yè)級(jí)觸摸屏；嵌入式數(shù)控裝置；進(jìn)給伺服系統(tǒng)；主軸控制系統(tǒng)；PLC控制接口電路。觸摸屏、嵌入式ARM處理器主要通過(guò)RS-232來(lái)實(shí)現(xiàn)彼此之間的通信，將變頻器驅(qū)動(dòng)電主軸作為砂輪的主軸，以ARM對(duì)變頻器頻率輸出進(jìn)行精準(zhǔn)控制，使用三菱伺服電機(jī)，將其當(dāng)做XZ軸進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置，隨之開發(fā)接口電路，連接ARM處理器和伺服驅(qū)動(dòng)器。

1.2 PLC控制接口電路

利用口轉(zhuǎn)換電路，將機(jī)床開關(guān)量和ARM處理器通用I/O口進(jìn)行連接，以PLC軟件程序控制邏輯運(yùn)算。按照控制信號(hào)的具體流向，將PLC控制接口電路劃分不同的模塊，具體包括信號(hào)輸入模塊、信號(hào)輸出模塊、公共模塊三種。

2軟件設(shè)計(jì)

嵌入式精密內(nèi)圓磨削集成PLC軟件主要包括三個(gè)部分，即人機(jī)交互界面軟件、MODBUS協(xié)議軟件、PLC控制軟件。其中，人機(jī)交互界面軟件獨(dú)立存在，主要是對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行控制，針對(duì)嵌入式數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，并且接收數(shù)控系統(tǒng)傳送的反饋命令，實(shí)時(shí)監(jiān)督加工狀態(tài)；MODBUS協(xié)議則負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面、嵌入式數(shù)控系統(tǒng)之間的連接，負(fù)責(zé)制定通信規(guī)則以及訪問(wèn)機(jī)制。

2.1人機(jī)交互界面軟件

針對(duì)人機(jī)交互界面軟件，設(shè)計(jì)階段主要應(yīng)用組態(tài)軟件ADP6.0，按照不同的功能，劃分開發(fā)流程：機(jī)床狀態(tài)調(diào)整，其中包括電主軸、氣壓、靜壓、冷卻泵、按鈕、指示燈等；砂輪修整，包括位置、量、速度的修整以及數(shù)值輸入與顯示；加工參數(shù)設(shè)置，包括快速推進(jìn)速度、形成軟件極限、主軸轉(zhuǎn)速設(shè)置數(shù)值輸入與顯示；自動(dòng)加工，包括加工啟停、位置坐標(biāo)、加工代碼以及文數(shù)字顯示、按鈕指示燈等。

第一步，分解精密內(nèi)圓磨床加工功能模塊，使功能模塊與觸摸屏加工頁(yè)面相對(duì)應(yīng)；第二步，分析每一個(gè)功能模塊頁(yè)面控制需求，明確實(shí)際控制量；第三步，將實(shí)際控制量轉(zhuǎn)變成為觸摸屏控制元件實(shí)體，針對(duì)控制元件地址編碼，設(shè)置空間布局；第四步，已經(jīng)完成設(shè)計(jì)的界面軟件需要對(duì)其進(jìn)行整體編譯、離線模擬以及在線聯(lián)機(jī)調(diào)試。

2.2 MODBUS協(xié)議軟件

MODBUS協(xié)議可以傳輸ASCII碼、二進(jìn)制格式數(shù)據(jù)，在該系統(tǒng)中建議使用ASCII碼傳輸。設(shè)計(jì)過(guò)程中，將觸摸屏當(dāng)做協(xié)議主站，ARM是從站，由主站向從站定時(shí)傳遞請(qǐng)求信息幀，其中包含請(qǐng)求數(shù)據(jù)錄入與讀取，從站接收了主站發(fā)送的請(qǐng)求信息幀之后，便可以對(duì)數(shù)據(jù)幀譯碼解釋，校正其中是否存在錯(cuò)誤，隨即進(jìn)行處理。ARM處理觸摸屏發(fā)送信息主要以中斷接收這一形式為主，可以降低ARM處理器工作壓力，使加工更加穩(wěn)定?；贔IFO工作模式進(jìn)行UA RT的編程設(shè)置，為了避免中斷影響加工操作，建議將串口中斷觸發(fā)水平設(shè)置成16個(gè)字節(jié)。

2.3 PLC軟件

嵌入式精密內(nèi)圓磨削數(shù)控系統(tǒng)中的PLC程序設(shè)計(jì)，負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面、機(jī)床開關(guān)量所有信息交互與計(jì)算。可以在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存內(nèi)設(shè)置6個(gè)寄存器緩沖區(qū)，其中B是寄存器，負(fù)責(zé)PLC系統(tǒng)和人機(jī)交互界面通信所有開關(guān)量信號(hào)的儲(chǔ)存；W為寄存器，負(fù)責(zé)PLC系統(tǒng)、人機(jī)交互界面通信所有字符型數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存；G是寄存器，負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面向數(shù)控系統(tǒng)加工傳送G代碼的儲(chǔ)存；R是寄存器，負(fù)責(zé)保存PLC系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)交互信息的儲(chǔ)存；0為寄存器，負(fù)責(zé)PLC系統(tǒng)輸出至機(jī)床所有開關(guān)量信號(hào)的儲(chǔ)存；I為寄存器，負(fù)責(zé)機(jī)床向PLC系統(tǒng)傳輸開關(guān)量信號(hào)的儲(chǔ)存。

人機(jī)交互界面中所有元件主要有兩種形式，即位地址元件、字節(jié)地址元件，其中位地址元件的編址范圍是1～1024，而字節(jié)地址的編址范圍則是40001～41024，這2種元件主要應(yīng)用順序編址，注意不能出現(xiàn)重復(fù)的現(xiàn)象，若字節(jié)地址元件應(yīng)用雙字節(jié)，需要隔位編址。位地址、字節(jié)地址對(duì)應(yīng)的是數(shù)控系統(tǒng)中B、W兩個(gè)寄存器。按照開關(guān)量信號(hào)控制提出的不同實(shí)時(shí)性需求，PLC控制軟件通道可以有2個(gè)，即plcl、plc2。其中plcl循環(huán)執(zhí)行周期是16ms，即為快速通道，負(fù)責(zé)處理一些實(shí)時(shí)性要求比較嚴(yán)格的開關(guān)量信號(hào)，而plc2循環(huán)執(zhí)行周期是32ms，即為慢速通道，負(fù)責(zé)處理實(shí)時(shí)性要求比較低的開關(guān)量信號(hào)。

綜上所述，應(yīng)用plc技術(shù)后，數(shù)控機(jī)床PLC能夠連接NC與機(jī)床，全面提高可性價(jià)比、運(yùn)行穩(wěn)定性，這對(duì)于嵌入式精密內(nèi)圓磨削數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)而言有重要作用，使設(shè)計(jì)更為先進(jìn)與科學(xué)。