基于KND系統的四軸數控系統的開發

緱斌麗，楊雨圖

（南京林業大學 機械電子工程學院，南京 210037）

0 引言

隨著裝備業及相關產業的不斷發展，數控機床加工在生產中的地位不斷增加，對機床性能要求也在不斷提高。在一臺四軸數控銑床的設計過程中，用戶要求用三種液體加熱后對所加工的零件進行表面處理，三種液體不僅都有溫度要求，而且每一種液體在處理過程中溫度還有變化。如果溫度達不到要求，機床加工暫停等待。液體加熱裝置由用戶提供，該裝置加熱由電位器調節，電壓越高其液體溫度也越高。本文基于KND數控系統K1000M4i為控制軟件，與臺達DVP-20EX的PLC成功連接，設計了一套四軸三聯動的嵌入式數控系統，該系統不僅具有開發周期短、成本低，可靠性高，實時性強等優點，而且具有很好的可移植性，對研究新一代數控系統有積極的推動作用。

1 控制系統的結構

K1000M4i數控系統只有一個模擬量輸出端，用于主軸電機變頻器的頻率控制。該模擬量的變化由數控系統的S指令生成，經過數控系統內部運算轉換后輸出0到10V直流電壓或正負10V直流電壓，當變頻器接收到該模擬電壓后就控制電機的轉速。數控系統通過其定義的參數設置電機轉速的范圍。數控機床設計人員無法對其作控制。可編程邏輯控制器（簡稱PLC）的控制方法就非常靈活，不僅可以處理開關量，也可以處理模擬量，而且模擬量可以為電壓形式也可以為電流形式。可由設計人員對其作各種控制。

數控系統與PLC處理開關量的方法基本上大同小異，都是以布爾代數為運算基礎，只是語言形式和指令代碼有區別。但數控系統沒有模擬量的處理指令，它除了一個用S指令生成的模擬量外再沒有其它的模擬量輸入輸出接口了，所以它不需要那些處理模擬量的指令。

在數控機床的應用中尤其是一些特殊的專用機床中就需要處理模擬量。把數控系統與PLC組合起來控制專用機床中的模擬量，只要運用得好，就能達到非常好的效果，而且還節省成本。

顯示屏或觸摸屏作為PLC的上位機，可以實現人機對話。且通訊方式也非常友好。數控系統有自己的顯示屏、開關量、模擬量、指令解釋、運動軸控制等模塊，通過數控指令實現人機對話。因此數控系統不好與其他控制系統如PLC相連接，數控系統的顯示屏也不可能向PLC開放。因此二者的連接形式就非常重要了，也是專用機床中處理模擬量的成敗之關鍵。

我們用國產KND的K1000M4i數控系統與臺達DVP-20EX的PLC就成功的將二者連接了。KND數控系統作為上位機，用M指令控制PLC的模擬量的處理。KNDK1000M4i數控系統原有的輸入輸出接口即DI/DO點已用于數控銑床本身的控制了，沒有多余的DI/DO點，于是我們就增加一個KND的擴展I/O模塊，將擴展I/O模塊的輸出點與臺達PLC的輸入點相連接，臺達PLC的輸出點與擴展I/O模塊的輸入點相連接，雙方均使用直流24V電源。再將加熱裝置的電位器接到PLC的一組模擬量輸入端，考慮到二者的等電位性質，電位器電源取自加熱裝置，PLC的一組模擬量輸出端接到加熱裝置電位器取樣端。如圖1、圖2所示，三種液體加熱裝置接線均一樣。

圖1 加熱裝置原控制圖

圖2 加熱裝置與PLC的電位器連接圖

2 控制系統軟件圖

在數控系統中開發一組不常用的M指令來控制臺達PLC，臺達PLC再控制加熱裝置。

M50指令A液體加熱開啟

M51指令A液體加熱關閉

M52指令A液體出液開啟

M53指令A液體出液關閉

M54指令B液體加熱開啟

M55指令B液體加熱關閉

M56指令B液體出液開啟

M57指令B液體出液關閉

M58指令C液體加熱開啟

M59指令C液體加熱關閉

M60指令C液體出液開啟

M61指令C液體出液關閉

首先定義KND數控系統參數號113=32、114=32、117=100、118=100。其意義為擴展I/O模塊輸入地址為32點，輸出地址為32點，輸入首地址號為X100，輸出首地址號為Y100。其次在KND數控系統的PLC（與上述PLC不同，專指數控系統的軟件編輯）程序中先生成M50到M61的指令，然后編寫KND數控系統的PLC程序，如圖3所示，以A液體為例。再編寫臺達的PLC程序，如圖4所示。

圖3 KND系統PLC程序

圖4 臺達PLC程序圖

3 系統的工作過程

其控制過程如下：

1）在手動狀態下，操作員調節電位器，使其達到設定值后，手動按下KND數控系統操作鍵盤左邊一個空白鍵（X45.6），該鍵在本機床中被定義為電壓采樣鍵。KND數控系統將Y100.0置1，此時臺達PLC裝置的X0被置1，臺達PLC對輸入電壓進行采樣并可保持記憶住，即永久記憶模擬量輸入端的電壓值只到有變化為止。

2）在程序運行狀態中，當零件程序執行到M50時，KND數控系統將Y100.1置1，臺達PLC的輸入點X1被置1，此時臺達PLC按記憶值輸出電壓模擬量到加熱裝置。加熱裝置開始加熱，當溫度到達時，加熱裝置的一個開關量信號使臺達PLC的輸入點X2被置1，其輸出點Y0置1。臺達PLC的輸出點Y0置1又使KND數控系統的X100.0被置1。當零件程序執行到M52時，系統檢測到X100.0為1時，將Y100.2置1，驅動一個交流接觸器動作，將A液體泵出。當A液體工作完成后（零件程序用G04暫停處理），就執行M51 M53關閉加熱與關閉泵出。

4 結論

KND數控系統作為上位機，很好地控制了臺達PLC的動作，臺達PLC又能很好地控制加熱裝置的動作，因此它們的人機對話操作界面非常友好。整個過程控制由生產廠家處理好，用戶只需要記住12個M指令按照加工工藝編寫零件程序即可。

當然一些高檔數控系統可以處理模擬量，如西門子的840D，就能自帶模擬量的輸入輸出模塊，用它們實現上述控制也很容易，但成本要高得多。

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