葉繼軍

（江蘇省江陰中等專業(yè)學(xué)校，江蘇無錫 214433）

0 引言

數(shù)控機(jī)床作為當(dāng)前制造行業(yè)最重要的裝置之一，不僅具有精度高、高質(zhì)量以及高效率等特點(diǎn)，還可以有效降低生產(chǎn)成本和資源浪費(fèi)現(xiàn)象。隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的不斷發(fā)展，以信息化為基礎(chǔ)的第4 代工業(yè)革命已經(jīng)逐漸拉開帷幕。美、德、日等西方發(fā)達(dá)國家將數(shù)控機(jī)床信息化建設(shè)提上的日程，旨在希望能將信息化更好的應(yīng)用到生產(chǎn)工作中，促進(jìn)工業(yè)效率的提升。

1 數(shù)控機(jī)床信息化接口建設(shè)與實(shí)現(xiàn)的方法

1.1 信息化接口需求提出

國內(nèi)某數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)為有效提升數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化數(shù)據(jù)信息的收集與處理，與通用智能設(shè)備提供商（CE 智能平臺(tái)）簽訂“Proficy”數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)訂單，并對(duì)該企業(yè)的3 號(hào)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠房實(shí)施和開展MCIS（Motion Control Information System，運(yùn)動(dòng)控制信息系統(tǒng)）項(xiàng)目。目前，該企業(yè)擁有LGMazak 數(shù)控機(jī)床32 臺(tái)，其中QTN 型號(hào)24臺(tái)、VCN 型8 臺(tái)。

該通用電氣智能設(shè)備提供商實(shí)施的MCIS 項(xiàng)目對(duì)LGMazak數(shù)控機(jī)床信息化接口建設(shè)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)要求如下：

（1）CNC 程序管理。主要用于數(shù)控機(jī)床加工程序的傳輸管理；數(shù)控機(jī)床信息讀取和遠(yuǎn)程操作。

（2）信息化接口設(shè)計(jì)具體要求：MCIS 項(xiàng)目可以與數(shù)控機(jī)床PLC 之間完成通信；通過MCIS 輸入數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)信息，完成對(duì)數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程控制，如啟動(dòng)、停止和復(fù)位等。

（3）MCIS 項(xiàng)目讀取數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)信息，包括數(shù)控機(jī)床的使用狀態(tài)、自動(dòng)線狀態(tài)、人工呼叫以及工件計(jì)數(shù)等。

1.2 通信接口建設(shè)

（1）MCIS 項(xiàng)目程序管理目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)：由于LGMazak 數(shù)控機(jī)床的CNC 系統(tǒng)內(nèi)置網(wǎng)卡接口，具有重要的數(shù)據(jù)信息傳輸功能。

（2）數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)信息讀取與遠(yuǎn)程操作。由于LGMazak 數(shù)控機(jī)床PLC 沒有外置通信接口，無法實(shí)現(xiàn)與CC-Link（Control 2 Communication Link，控制與通信鏈路）之間的通信。所以，該通信接口的設(shè)計(jì)擬增加一套支持CC-Link 通信能力的PLC 實(shí)現(xiàn)LGMazak 數(shù)控機(jī)床PLC 和MCIS 的通信?？紤]到歐姆龍CP1LEL20DR-D 型的PLC 具有實(shí)用、操作便捷以及高效等的特點(diǎn)，故選用該型號(hào)的PLC 實(shí)現(xiàn)與數(shù)控機(jī)床的通信功能（圖1）。

圖1 PLC 數(shù)控機(jī)床

1.3 硬件電路

在實(shí)際操作環(huán)節(jié)，Modem 數(shù)控機(jī)床PLC 擴(kuò)展需要通過一根電纜線與歐姆龍PLC 連接（圖2），將其安裝于數(shù)控機(jī)床電柜的內(nèi)部，接口通過與歐姆龍PLC 數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程操控模式的切換，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床啟動(dòng)、使用、停止和復(fù)位4 個(gè)信號(hào)的輸入。其中，有3 個(gè)接口是該數(shù)控機(jī)床預(yù)留好的3 個(gè)信號(hào)，隨著Modem 項(xiàng)目的不斷深入，可以實(shí)現(xiàn)更多關(guān)于MCIS 數(shù)控機(jī)床的功能。

圖2 Modem 對(duì)PLC 的遠(yuǎn)程監(jiān)控

Modem 操作平臺(tái)通過對(duì)某一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的調(diào)用實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，信號(hào)借助以太網(wǎng)交換機(jī)傳輸給與之相對(duì)應(yīng)的歐姆龍PLC，歐姆龍PLC 再將該信號(hào)通過IO 的方式發(fā)送給數(shù)控機(jī)床PLC，作為數(shù)控機(jī)床的一個(gè)輸入信號(hào)，從而不斷完善MCIS 遠(yuǎn)程操作數(shù)控機(jī)床的功能，部分接口是數(shù)控機(jī)床信息化接口設(shè)計(jì)的輸出信號(hào)，這些信號(hào)作為歐姆龍PLC 的重要信號(hào)，經(jīng)過PLC 將該信號(hào)輸出，通過以太網(wǎng)交換機(jī)發(fā)送于Modem，實(shí)現(xiàn)對(duì)該數(shù)控機(jī)床信息化接口的建設(shè)目標(biāo)。

2 數(shù)控機(jī)床信息化接口設(shè)計(jì)方案分析

數(shù)控機(jī)床信息化接口設(shè)計(jì)作為整個(gè)數(shù)控機(jī)床建設(shè)的關(guān)鍵所在，直接關(guān)系著數(shù)控機(jī)床自身的運(yùn)行效率和質(zhì)量，在對(duì)控機(jī)床信息化接口設(shè)計(jì)方案中，以某數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)LGMazak 信息化設(shè)計(jì)為主要研究對(duì)象，對(duì)其信息化接口設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

2.1 信息化接口設(shè)計(jì)原則

數(shù)控機(jī)床信息化接口設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)遵循節(jié)能、綠色、環(huán)保等設(shè)計(jì)原則，以此保證信息化建設(shè)的高效性，最大程度上提升信息化接口建設(shè)的效率。

（1）合理化原則。數(shù)控機(jī)床信息化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中合理性原則的運(yùn)用，可以保證信息化接口設(shè)計(jì)更加有效。

（2）節(jié)能性原則。節(jié)能性原則也是該數(shù)控機(jī)床信息化接口建設(shè)過程中應(yīng)遵循的原則之一，該原則可以保證和促進(jìn)LGMazak數(shù)控機(jī)床在未來的使用過程中更加高效與節(jié)能。

2.2 信息化接口需求改造

數(shù)控機(jī)床進(jìn)行信息化接口建設(shè)，還應(yīng)當(dāng)根據(jù)LGMazak 數(shù)控機(jī)床在具體運(yùn)行過程中的實(shí)際情況制定信息化接口建設(shè)目標(biāo)，這也是對(duì)該數(shù)控機(jī)床信息化接口功能需求的滿足。在本次建設(shè)工作中，主要對(duì)2 臺(tái)LGMazak 數(shù)控機(jī)床的通信、數(shù)據(jù)信息獲取以及各項(xiàng)功能的完善進(jìn)行詳細(xì)分析（表1）。

表1 LGMazak 數(shù)控機(jī)床信息化接口建設(shè)情況

2.3 硬件設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床信息化建設(shè)接口，硬件是其中的一個(gè)重要組成部分，硬件設(shè)計(jì)即可以在一定程度上提升該數(shù)控機(jī)床運(yùn)行效率，又能保證數(shù)控機(jī)床運(yùn)行更加安全與高效。以LGMazak 數(shù)控機(jī)床為主要研究對(duì)象，對(duì)該數(shù)控機(jī)床硬件設(shè)計(jì)流程進(jìn)行系統(tǒng)分析，具體如下：

（1）該數(shù)控機(jī)床硬件設(shè)計(jì)主要為PLC 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，PLC系統(tǒng)作為整個(gè)數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，在一定程度上直接決定數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行的可行性。為此，在對(duì)數(shù)控機(jī)床硬件設(shè)計(jì)中，可以將歐姆龍PLC 作為L(zhǎng)GMazak 數(shù)控機(jī)床硬件設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，大量實(shí)踐證明：歐姆龍PLC 硬件自身具備較高的運(yùn)行效率和控制能力。

（2）PLC 在LGMazak 數(shù)控機(jī)床硬件設(shè)計(jì)工作中，PLC 應(yīng)當(dāng)通過對(duì)接口進(jìn)行具體的應(yīng)用，以此提升信息化接口建設(shè)的實(shí)效性，通過硬件設(shè)計(jì)保證接口設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性。在硬件設(shè)計(jì)過程中，PLC 接口擬設(shè)計(jì)8 個(gè)硬件接口，MCIS 項(xiàng)目擬設(shè)計(jì)4 個(gè)接口，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程狀態(tài)下的啟動(dòng)和停止，最大程度上提升信息化接口建設(shè)的可行性。

2.4 PLC 程序設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床進(jìn)行信息化建設(shè)還包含對(duì)PLC 程序的建設(shè)，保證程序建設(shè)的合理性，在數(shù)控機(jī)床PLC 程序設(shè)計(jì)工作中，主要對(duì)歐姆龍PLC 完成設(shè)計(jì)，其中包括模式切換設(shè)計(jì)、啟動(dòng)設(shè)計(jì)、停止設(shè)計(jì)以及程序復(fù)位等諸多方面的內(nèi)容，切實(shí)提升數(shù)控機(jī)床運(yùn)行效率，保證數(shù)控機(jī)床歐姆龍與信息化接口的融合。同時(shí)，還要對(duì)該數(shù)控機(jī)床啟動(dòng)功能鍵進(jìn)行更進(jìn)一步的優(yōu)化與完善，比如可以將其啟動(dòng)輸入信號(hào)設(shè)置為輸入1，代表的是數(shù)據(jù)信息指令。

2.5 設(shè)計(jì)應(yīng)用分析

數(shù)控機(jī)床信息化接口設(shè)計(jì)工作中，通過MCIS 項(xiàng)目與LGMazak 數(shù)控機(jī)床的有機(jī)結(jié)合，對(duì)該機(jī)床的啟動(dòng)、使用、停止和復(fù)位進(jìn)行具體的分析。

（1）在對(duì)機(jī)床的控制工作中，分別對(duì)機(jī)床在使用狀態(tài)下的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，證明LGMazak 數(shù)控機(jī)床接口建設(shè)的科學(xué)性與合理性。

（2）在具體的設(shè)計(jì)工作中，如果該機(jī)床中的某個(gè)設(shè)備或者系統(tǒng)出現(xiàn)損壞，該機(jī)床就會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，故障點(diǎn)也會(huì)在MSIS 系統(tǒng)中直接顯示出來，證明LGMazak 數(shù)控機(jī)床信息化接口建設(shè)的可行性。

（3）在對(duì)該數(shù)控機(jī)床信息化接口的功能、作用和效益的分析過程中，對(duì)不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行檢測(cè)，注重和加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)信息的獲取，對(duì)該數(shù)控機(jī)床接口的可行性進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)踐表明：LGMazak 數(shù)控機(jī)床信息化接口建設(shè)可行，可以正常投入使用，對(duì)于數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)能力、質(zhì)量保證具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3 結(jié)語

數(shù)控機(jī)床信息化接口設(shè)計(jì)對(duì)于數(shù)控機(jī)床行業(yè)領(lǐng)域的健康與可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義，以LGMazak 數(shù)控機(jī)床信息化接口建設(shè)為主要出發(fā)點(diǎn)，分別從信息化接口需求提出、通信接口建設(shè)以及硬件設(shè)計(jì)3 個(gè)方面對(duì)其建設(shè)方案進(jìn)行詳細(xì)分析與探討，旨在為更多的數(shù)控機(jī)床信息化接口建設(shè)提供理論支撐與科學(xué)依據(jù)。