張愛紅

（無錫職業(yè)技術學院，無錫 214121）

0 引言

隨著制造企業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機床與刀具數(shù)量、品種的增加，傳統(tǒng)的機床刀具管理方式已不能滿足企業(yè)信息化、智能化發(fā)展的需要。為了快速、準確的識別刀具、更新刀具偏置值，將射頻設備應用于機床刀具管理已成為機床用戶的新選擇。目前刀具自動識別主要有兩種方式：1）采用PC或PLC與RFID處理器的通信，再由PC或PLC與機床通信交換信息[1,2]；2）采用機床與RFID處理器直接通信。相比較而言，后者無需額外配置PC、PLC等設備，具有通信環(huán)節(jié)簡化，成本低等優(yōu)點，是機床用戶的首選方案。文中以巴魯夫處理器與FANUC 0i MD數(shù)控加工中心的直接通信為例，給出了系統(tǒng)硬件組成、總線參數(shù)配置、PMC編程方法，基于此實現(xiàn)了數(shù)控刀具的自動識別與刀偏數(shù)據(jù)的自動錄入，為機床刀具智能化管理提供了新思路。

1 系統(tǒng)開發(fā)

1.1 系統(tǒng)組成

用于工業(yè)識別的巴魯夫RFID處理器支持Profibus，Profinet，DeviceNet等多種接口，系統(tǒng)設計時選用了支持Pro fi bus DP通信的處理器模塊（BIS M-6002-019-050-03-ST11），將機床配置為通信主站，處理器為從站。讀寫頭與處理器采用電纜連接，可直接讀寫安裝于刀柄中的編碼塊數(shù)據(jù)，系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

1.2 現(xiàn)場總線通信參數(shù)配置

為了確保數(shù)控機床與外部設備的總線通信，需要正確配置兩者間的通信參數(shù)。與FANUC數(shù)控機床配置為通信從站相比[3]，主站配置較為復雜，需設置項包括：總線參數(shù)、子表、子單元參數(shù)、模塊數(shù)據(jù)、輸入輸出緩沖區(qū)、運行方式等。目前有兩種設置方法[4]：一是借助于軟件CNC Setting Tool，二是手動在線設定?？紤]到配置方法的通用性，文中以機床側輸入輸出緩沖區(qū)、用戶參數(shù)數(shù)據(jù)的手動設定說明其配置要點。

1）輸入輸出緩沖區(qū)

數(shù)控機床與巴魯夫處理器的數(shù)據(jù)交換是通過機床PMC輸入輸出緩沖區(qū)數(shù)據(jù)傳送來實現(xiàn)的，分為讀寫兩種不同操作。寫數(shù)據(jù)時，PMC將數(shù)據(jù)發(fā)送至輸出緩沖區(qū)；讀數(shù)據(jù)則由PMC從輸入緩沖區(qū)取數(shù)據(jù)。配置輸入輸出緩沖區(qū)前需先設定模塊數(shù)據(jù)（MODULE DATA），巴魯夫M60x2處理器設備文件（Bal608EE.gsd）給出了模塊數(shù)據(jù)的范圍：4～128字節(jié)，也就是可配置的輸入輸出緩沖區(qū)大小。對于64字節(jié)的輸入輸出模塊，16進制的模塊數(shù)據(jù)為：0x40，0x5F，0x80，0x5F，需將上述數(shù)據(jù)設置到“模塊數(shù)據(jù)”頁面，如圖2(a)所示。設置時先將長度設為4，表示模塊數(shù)據(jù)占用4個字節(jié)，再將偏移設為ON，最后輸入模塊數(shù)據(jù)：40，5F，80，5F。

根據(jù)模塊數(shù)據(jù)的設置，輸入輸出緩沖區(qū)大小均為64字節(jié)，需要連續(xù)編址且不能占用機床已使用的內部繼電器。圖2(b)給出了DP主站側的設置：從站（處理器）總線地址為3，插槽為0，機床PMC側輸入輸出緩沖區(qū)首址設為R1000（DI）與R1100（DO），字節(jié)數(shù)（SIZ）為64，結果輸入緩沖區(qū)配置為R1000～R1063，輸出緩沖區(qū)為R1100～R1163。

圖2 模塊數(shù)據(jù)與DI/DO設置

2）用戶參數(shù)數(shù)據(jù)（USER PRM DATA）

考慮到所選處理器帶兩個讀寫頭，前文配置的64字節(jié)為兩個讀寫頭緩沖區(qū)的總和。讀寫頭1緩沖區(qū)大小由用戶參數(shù)數(shù)據(jù)第6個字節(jié)設定，剩余字節(jié)自動分配給讀寫頭2。用戶參數(shù)數(shù)據(jù)的缺省值為：0x00，0x80，0x00，0x82，0x00，0x02，實際使用時需修改第6字節(jié)，為0x10時表示將讀寫頭1的輸入輸出緩沖區(qū)設為16字節(jié)，剩余48字節(jié)自動分配給讀寫頭2。系統(tǒng)中只配置了一個讀寫頭，實際用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮斎刖彌_區(qū)為：R1000～R1015，輸出緩沖區(qū)為：R1100～R1115。緩沖區(qū)的首尾字節(jié)為位頭（Bit Header），用于數(shù)據(jù)傳輸時的節(jié)拍控制。位頭的數(shù)量可由用戶參數(shù)數(shù)據(jù)第4字節(jié)的第8位設定，缺省值為1時表示使用首尾位頭，此時系統(tǒng)可用于數(shù)據(jù)傳送的字節(jié)數(shù)（帶寬）為14。

1.3 機床PMC通信編程

機床與巴魯夫處理器通信采用對話式的協(xié)議序列，具體如下：1）PMC發(fā)送命令標識碼、數(shù)據(jù)地址與字節(jié)數(shù)等，并置位輸出緩沖區(qū)AV信號，通知處理器輸出數(shù)據(jù)有效、傳送作業(yè)啟動；2）處理器接收到信號后置位AA信號；3）如果雙方傳送的數(shù)據(jù)超出14字節(jié)長，還需使用TI、TO位以及計數(shù)器完成附加數(shù)據(jù)的傳送；4）處理器操作完成后將置位AE信號；5）PMC接受數(shù)據(jù)后將復位AV信號；6）最后處理器復位AA、AE信號，準備后續(xù)作業(yè)的傳送。其中AV、AA、AE、TI、TO等為輸入輸出緩沖區(qū)位頭信號。

1.3.1 輸入輸出緩沖區(qū)位頭信號定義

通過讀寫輸入輸出緩沖區(qū)首尾字節(jié)位信號實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送控制。輸入緩沖區(qū)的首尾字節(jié)位表示識別系統(tǒng)（BIS）的狀態(tài)，輸出緩沖區(qū)首尾字節(jié)位則用于命令控制。根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出緩沖區(qū)的設定給出了位頭信號的定義，如表1所示。

1.3.2 編碼塊數(shù)據(jù)讀寫例程

本系統(tǒng)只使用編碼塊前10個字節(jié)存放數(shù)據(jù)，編碼順序為：刀具號，刀具直徑，刀具長度，刀具直徑磨損量，刀具長度磨損量，每個數(shù)據(jù)占用兩個字節(jié)。讀操作時，安裝編碼塊的刀柄進入讀寫頭識別區(qū)域時，系統(tǒng)自動讀取刀具數(shù)據(jù)，并調用窗口功能將刀具數(shù)據(jù)寫入刀偏表。寫操作時，系統(tǒng)將PMC數(shù)據(jù)表中指定數(shù)據(jù)寫入編碼塊，實現(xiàn)刀具數(shù)據(jù)的快速更新。刀柄編碼塊數(shù)據(jù)的讀、寫控制均通過PMC編程實現(xiàn)。

1）讀取編碼塊數(shù)據(jù)

基于機床與處理器的通信時序要求，讀控制流程如下：（1）將機床面板上的閑置按鍵（例：X0.6）定義為讀操作切換鍵，在識別系統(tǒng)就緒時按下該鍵，使保持型繼電器K11.0置位，K11.1復位，系統(tǒng)處于讀使能狀態(tài)；（2）判斷輸入緩沖區(qū)首尾字節(jié)是否一致，一致時將內部繼電器R1410.0置位；（3）編碼塊出現(xiàn)在讀寫頭識別區(qū)時，發(fā)送讀命令碼0x01→R1101，0x00→編碼塊數(shù)據(jù)低位開始地址R1102，0x00→編碼塊數(shù)據(jù)高位開始地址R1103， 0x0a→編碼塊數(shù)據(jù)低位字節(jié)數(shù)R1104，0x00→編碼塊數(shù)據(jù)高位字節(jié)數(shù)R1105；同時置位輸出緩沖區(qū)位頭信號AV、AV2；（4）當AE信號置位時，將輸入信號傳送至數(shù)據(jù)表（如圖3所示）；（5）置位讀操作結束信號R1410.5；（6）調用窗口功能指令WINDW，將數(shù)據(jù)寫入刀偏表。

表1 輸入輸出緩沖區(qū)位頭信號

圖3給出了部分輸入信號的傳送過程。程序執(zhí)行結果將輸入緩沖區(qū)R1001～R1002數(shù)據(jù)直接傳送至數(shù)據(jù)寄存器D206～D207，而緩沖區(qū)R1003～R1004數(shù)據(jù)經中間變量D400乘1000后傳送至D210～D213。

圖3 數(shù)據(jù)傳送例程

在調用窗口功能指令前，需定義寫入刀偏的數(shù)據(jù)表。以寫入刀具直徑為例，新增數(shù)據(jù)表的首地址為D200，如圖4(a)所示，數(shù)據(jù)構成如圖4(b)所示。寫入刀具幾何直徑偏置值的功能代碼為14，結束代碼無需設定；考慮到應用數(shù)據(jù)表寫入刀偏量的單位為微米，數(shù)據(jù)長度需占用4字節(jié)。偏置號為讀取的刀具號（10）；偏置類型設為1時，表示寫入刀具直徑值。窗口指令執(zhí)行后，數(shù)據(jù)寫入刀偏表。

圖4 PMC數(shù)據(jù)表設置

2）寫入編碼塊數(shù)據(jù)

與讀編碼塊數(shù)據(jù)相比，寫操作無需調用PMC窗口功能，但在數(shù)據(jù)傳送中需要調用TI信號，其控制流程如下：（1）將機床面板上的+X、-X手動按鍵同時按下時定義為寫操作控制鍵，目的使K11.0復位、K11.1置位，系統(tǒng)處于寫使能狀態(tài)；（2）接著判斷輸入緩沖區(qū)首尾字節(jié)是否一致，一致時內部繼電器R1410.1接通；（3）編碼塊出現(xiàn)在讀寫頭識別區(qū)時，發(fā)送寫命令碼0x02→R1101，0x00→編碼塊數(shù)據(jù)低位開始地址R1102，0x00→編碼塊數(shù)據(jù)高位開始地址R1103，0x0a→編碼塊數(shù)據(jù)低位字節(jié)數(shù)R1104，0x00→編碼塊數(shù)據(jù)高位字節(jié)數(shù)R1105；同時置位輸出緩沖區(qū)位頭信號AV、AV2；（4）AA狀態(tài)位為1時，將預置數(shù)據(jù)表（例如D300）開始的刀具號、直徑值、長度等傳送至輸出緩沖區(qū)；（5）取反TI信號位，數(shù)據(jù)輸出啟動；（6）查詢處理器命令完成信號AE，AE為1時復位AV信號，數(shù)據(jù)傳送結束。

2 結束語

將巴魯夫處理器用于數(shù)控機床刀具的自動識別，可實現(xiàn)刀具數(shù)據(jù)的自動錄入與更新，與人工操作相比，既可縮短數(shù)據(jù)輸入的時間，又可防止手工輸入的誤操作，從而提高了機床的運行效率，是刀具管理自動化與智能化發(fā)展的趨勢。