嵌入式精密內(nèi)網(wǎng)磨削數(shù)控系統(tǒng)集成PLC控制解析

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)運行效率，需要對其展開深入研究。文章針對嵌入式精密內(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)計兩個方面闡述了集成PLC控制這一目標(biāo)的實現(xiàn)，目的在于提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。

PLC技術(shù)本身對外封閉，不同生產(chǎn)廠家所成產(chǎn)的PLC硬件平臺存在一定的差異性，這種差異性也體現(xiàn)在PLC語言上，價格較高。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，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，進而實現(xiàn)在嵌入式硬件平臺中以軟件控制機床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)之前性鮮明對比，真正提高了設(shè)計先進性與科學(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)級觸摸屏；嵌入式數(shù)控裝置；進給伺服系統(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RS-232來實現(xiàn)彼此之間的通信，將變頻器驅(qū)動電主軸作為砂輪的主軸，以ARM對變頻器頻率輸出進行精準(zhǔn)控制，使用三菱伺服電機，將其當(dāng)做XZ軸進給驅(qū)動裝置，隨之開發(fā)接口電路，連接ARM處理器和伺服驅(qū)動器。

1.2 PLC控制接口電路

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

2軟件設(shè)計

嵌入式精密內(nèi)圓磨削集成PLC軟件主要包括三個部分，即人機交互界面軟件、MODBUS協(xié)議軟件、PLC控制軟件。其中，人機交互界面軟件獨立存在，主要是對加工過程進行控制，針對嵌入式數(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，實時監(jiān)督加工狀態(tài)；MODBUS協(xié)議則負責(zé)人機交互界面、嵌入式數(shù)控系統(tǒng)之間的連接，負責(zé)制定通信規(guī)則以及訪問機制。

2.1人機交互界面軟件

針對人機交互界面軟件，設(shè)計階段主要應(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面相對應(yīng)；第二步，分析每一個功能模塊頁面控制需求，明確實際控制量；第三步，將實際控制量轉(zhuǎn)變成為觸摸屏控制元件實體，針對控制元件地址編碼，設(shè)置空間布局；第四步，已經(jīng)完成設(shè)計的界面軟件需要對其進行整體編譯、離線模擬以及在線聯(lián)機調(diào)試。

2.2 MODBUS協(xié)議軟件

MODBUS協(xié)議可以傳輸ASCII碼、二進制格式數(shù)據(jù)，在該系統(tǒng)中建議使用ASCII碼傳輸。設(shè)計過程中，將觸摸屏當(dāng)做協(xié)議主站，ARM是從站，由主站向從站定時傳遞請求信息幀，其中包含請求數(shù)據(jù)錄入與讀取，從站接收了主站發(fā)送的請求信息幀之后，便可以對數(shù)據(jù)幀譯碼解釋，校正其中是否存在錯誤，隨即進行處理。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。基于FIFO工作模式進行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，負責(zé)人機交互界面、機床開關(guān)量所有信息交互與計算?？梢栽跀?shù)控系統(tǒng)內(nèi)存內(nèi)設(shè)置6個寄存器緩沖區(qū)，其中B是寄存器，負責(zé)PLC系統(tǒng)和人機交互界面通信所有開關(guān)量信號的儲存；W為寄存器，負責(zé)PLC系統(tǒng)、人機交互界面通信所有字符型數(shù)據(jù)的儲存；G是寄存器，負責(zé)人機交互界面向數(shù)控系統(tǒng)加工傳送G代碼的儲存；R是寄存器，負責(zé)保存PLC系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)交互信息的儲存；0為寄存器，負責(zé)PLC系統(tǒng)輸出至機床所有開關(guān)量信號的儲存；I為寄存器，負責(zé)機床向PLC系統(tǒng)傳輸開關(guān)量信號的儲存。

人機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)地址對應(yīng)的是數(shù)控系統(tǒng)中B、W兩個寄存器。按照開關(guān)量信號控制提出的不同實時性需求，PLC控制軟件通道可以有2個，即plcl、plc2。其中plcl循環(huán)執(zhí)行周期是16ms，即為快速通道，負責(zé)處理一些實時性要求比較嚴(yán)格的開關(guān)量信號，而plc2循環(huán)執(zhí)行周期是32ms，即為慢速通道，負責(zé)處理實時性要求比較低的開關(guān)量信號。

綜上所述，應(yīng)用plc技術(shù)后，數(shù)控機床PLC能夠連接NC與機床，全面提高可性價比、運行穩(wěn)定性，這對于嵌入式精密內(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)計更為先進與科學(xué)。