嵌入式精密内网磨削数控系统集成PLC控制解析

嵌入式精密内网磨削数控系统集成PLC控制解析

目前嵌入式精密内圆磨削数控系统已经在生产中得到广泛应用，为了提高系统运行效率，需要对其展开深入研究。文章针对嵌入式精密内圆磨削数控系统，以西门子PLCS7-200为例，从硬件结构以及软件设计两个方面阐述了集成PLC控制这一目标的实现，目的在于提高系统运行稳定性。
PLC技术本身对外封闭，不同生产厂家所成产的PLC硬件平台存在一定的差异性，这种差异性也体现在PLC语言上，价格较高。展开嵌入式精密内圆磨削数控系统集成PLC控制设计，主要目的是基于传统硬件PLC结构、基本功能，研发软PLC程序，进而实现在嵌入式硬件平台中以软件控制机床I/O量。应用plc技术后，功能更加全面，工作效率更高，这与应用plc技术之前性鲜明对比，真正提高了设计先进性与科学性。
1硬件结构
1.1结构组成
嵌入式精密内圆磨床数控系统的硬件结构包括如下内容：工业级触摸屏；嵌入式数控装置；进给伺服系统；主轴控制系统；PLC控制接口电路。触摸屏、嵌入式ARM处理器主要通过RS-232来实现彼此之间的通信，将变频器驱动电主轴作为砂轮的主轴，以ARM对变频器频率输出进行精准控制，使用三菱伺服电机，将其当做XZ轴进给驱动装置，随之开发接口电路，连接ARM处理器和伺服驱动器。
1.2PLC控制接口电路
利用口?D换电路，将机床开关量和ARM处理器通用I/O口进行连接，以PLC软件程序控制逻辑运算。按照控制信号的具体流向，将PLC控制接口电路划分不同的模块，具体包括信号输入模块、信号输出模块、公共模块三种。
2软件设计
嵌入式精密内圆磨削集成PLC软件主要包括三个部分，即人机交互界面软件、MODBUS协议软件、PLC控制软件。其中，人机交互界面软件独立存在，主要是对加工过程进行控制，针对嵌入式数控系统发出指令，并且接收数控系统传送的反馈命令，实时监督加工状态；MODBUS协议则负责人机交互界面、嵌入式数控系统之间的连接，负责制定通信规则以及访问机制。
2.1人机交互界面软件
针对人机交互界面软件，设计阶段主要应用组态软件ADP6.0，按照不同的功能，划分开发流程：机床状态调整，其中包括电主轴、气压、静压、冷却泵、按钮、指示灯等；砂轮修整，包括位置、量、速度的修整以及数值输入与显示；加工参数设置，包括快速推进速度、形成软件极限、主轴转速设置数值输入与显示；自动加工，包括加工启停、位置坐标、加工代码以及文数字显示、按钮指示灯等。
第一步，分解精密内圆磨床加工功能模块，使功能模块与触摸屏加工页面相对应；第二步，分析每一个功能模块页面控制需求，明确实际控制量；第三步，将实际控制量转变成为触摸屏控制元件实体，针对控制元件地址编码，设置空间布局；第四步，已经完成设计的界面软件需要对其进行整体编译、离线模拟以及在线联机调试。
2.2MODBUS协议软件
MODBUS协议可以传输ASCII码、二进制格式数据，在该系统中建议使用ASCII码传输。设计过程中，将触摸屏当做协议主站，ARM是从站，由主站向从站定时传递请求信息帧，其中包含请求数据录入与读取，从站接收了主站发送的请求信息帧之后，便可以对数据帧译码解释，校正其中是否存在错误，随即进行处理。ARM处理触摸屏发送信息主要以中断接收这一形式为主，可以降低ARM处理器工作压力，使加工更加稳定。基于FIFO工作模式进行UART的编程设置，为了避免中断影响加工操作，建议将串口中断触发水平设置成16个字节。
2.3PLC软件
嵌入式精密内圆磨削数控系统中的PLC程序设计，负责人机交互界面、机床开关量所有信息交互与计算。可以在数控系统内存内设置6个寄存器缓冲区，其中B是寄存器，负责PLC系统和人机交互界面通信所有开关量信号的储存；W为寄存器，负责PLC系统、人机交互界面通信所有字符型数据的储存；G是寄存器，负责人机交互界面向数控系统加工传送G代码的储存；R是寄存器，负责保存PLC系统、数控系统交互信息的储存；0为寄存器，负责PLC系统输出至机床所有开关量信号的储存；I为寄存器，负责机床向PLC系统传输开关量信号的储存。
人机交互界面中所有元件主要有两种形式，即位地址元件、字节地址元件，其中位地址元件的编址范围是1～1024，而字节地址的编址范围则是40001～41024，这2种元件主要应用顺序编址，注意不能出现重复的现象，若字节地址元件应用双字节，需要隔位编址。位地址、字节地址对应的是数控系统中B、W两个寄存器。按照开关量信号控制提出的不同实时性需求，PLC控制软件通道可以有2个，即plcl、plc2。其中plcl循环执行周期是16ms，即为快速通道，负责处理一些实时性要求比较严格的开关量信号，而plc2循环执行周期是32ms，即为慢速通道，负责处理实时性要求比较低的开关量信号。
综上所述，应用plc技术后，数控机床PLC能够连接NC与机床，全面提高可性价比、运行稳定性，这对于嵌入式精密内圆磨削数控系统的研究与开发而言有重要作用，使设计更为先进与科学。