水平下调式三辊卷板机开放式数控系统的开发

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水平下调式三辊卷板机开放式数控系统的开发

  是将钢或其它金属,非金属板弯曲成相应曲率制件的设备。近年来,随着石油化工、原子能、造船、宇航、水电、制造、铁路运输及建筑等行业的迅速发展,对于各种形状,规格以及高精度要求的板材制件的需求量也随之急速增加。卷板机在我国已形成一定的规模,其制造水平也在不断的提高。但目前国内生产的数控卷板机大都使用简单NC 控制,加工效率低,功能相对单一,一个型号的卷板机只能加工一个规格的产品,例如,加工圆筒的卷板机只能加工圆筒,而不能加工锥筒,缺乏灵活性。本文结合某厂W11X1300 ×10 水平下调式三辊卷板机的改造,提出了卷板机IPC + PMAC 的设计方案,并对驱动系统进行了全液压伺服设计,用数控系统直接控制液压系统,可以加工不同型号高精度的圆筒和锥筒,具有一定的柔性。

  W11X1300 ×10 水平下调式三辊卷板机是该厂生产的中型卷板机,如图1 所示。其中上辊可以上下运动,其运动由两端的液压缸驱动。2 个下辊可水平移动,且下辊间距可调。3 个辊的回转由液压马达驱动。

  卷板是利用卷板机对板料进行连续3 点弯曲的过程。如图2 ,卷板工艺过程大致分为4 步:预弯、对中、卷圆、矫圆。

  基于PC 机和WINDOWS 操作系统的开放式、模块化数控系统是当今数控技术发展的主要方向。在PC 机的WIN95/ N T 下有2 种方法可以实现数字控制:一种是由一台计算机和一些功能模块组成的单机模式,这种模式在硬件成本上是较为便宜的,但在软件的编写上却相当复杂,不便于普通用户的二次开发;另一种是并行双CPU 上下位机通讯模式,相对而言该种模式具有更大的灵活性,是一种便于用户化开发的全方位的开放式体系结构。本数控系统采用开放式数控系统的标准设计,即第2 种方法,使用了IPC + PMAC 的开放式结构体系,将PMAC 插入PC 机中所构成的数控系统的硬件系统,运行速度快、控制精度高;数控系统软件用VC + + 610 开发,使用美国DEL TA TAU 公司提供的动态链接库PCOMM ,开发周期短。

  本系统的硬件采用目前国内流行的工控机+ 运动控制卡的结构体系,系统硬件结构如图3 所示。工控机采用了研华PC104/ PIII500 型嵌入式工业控制机,该机结构紧促,体积很小,因而节省数控柜的空间,而且主板上有104总线,为PMAC 提供了总线接口。工控机作为系统的主处理器,负责系统的管理、人机界面动态显示、加工程序编辑、预处理及系统参数的设置,在后台运行。

  运动控制卡采用美国DEL TA TAU 公司的PMAC2/ 104 型控制卡,它提供了104 总线接口,可以直接插接到工控机上。PMAC 自带独立的高速CPU ,相当于一立的计算机,可以脱机独立运行,也可以通过总线 串口和计算机通讯,作为从处理器,与主机构成主从结构的双CPU 数控系统,本系统即采用这种结构体系。PMAC 卡带有数字信号处理器DSP,具有强大的数字运算能力,完成数控插补、PLC程序运行等实时任务,在前台运行。这样,开发者就可以避免在非实时性操作系统WIN95/ N T 下花大量精力和时间实现数控系统实时性任务,而只要开发上位人机交互、加工文件下载、机床状态量读取等非实时的任务。工控机和PMAC 卡通过总线通信,来完成命令转送和数据的交换。两者之间的通信是实时的,通过调用美国DEL TA TAU 公司提供的动态链接库PCOMM 的函数来实现。

  PMAC 卡的J 2 口是8 路开关量I/ O 口,但在本系统中,要用到的开关量多于8 路,故在此口上加了一块ACC 34AA 智能I/ O 板,该板带有32 路的输入输出口。其中一部分输出口用来控制液压系统中的电磁换向阀的电磁铁,电磁铁的控制电流在1~2 A ,而I/ O 板只能提供几十mA 的驱动电流,不能直接驱动电磁铁,故系统中使用固态继电器做为中间继电器,使两者的接口电流匹配,为了便于安装和节省空间选用集成的固态继电器板。

  卷板机数控系统采用开放式的结构体系,系统软件使用面向对象的系统分析与设计方法,模块化设计,用面向对象的高级语言VC + + 610 实现,使得系统维护方便,便于功能扩充。系统软件包括运行在上的IPC 的人机界面程序、上位机和下位机的通信驱动程序和PMAC 中对各种输入输出量进行监控的PLC程序等3 部分。系统软件结构关系如图4 所示。可以看到,PCOMM 在用户程序和PMAC 卡之间起到一个桥梁作用,由动态链接库提供的函数同底层的虚拟设备驱动程序(WINDOWS9X) 进行数据交换,然后由虚拟设备驱动程序直接和硬件交换数据。

  本系统的人机界面根据卷板机的加工操作特点编制的,界面简洁友好,便于工人学习、操作。该部分主要包括程序编辑人机界面、加工参数输入和修改人机界面、加工模拟人机界面、故障诊断报警人机界面和在线帮助人机界面,具有很好的人机交互性(HMI) ,在人机界面部分采用主菜单和相关子菜单的形式,菜单采用按钮式,当主菜单中的某一按钮按下时,就出现与其相关的子菜单。这种图形化软键代替了传统数控机床上的错综复杂的操作按钮,使得操作面板显得非常简洁。

  在通常系统软件的开发中,通信驱动程序的编程是工作量最大,最困难的部分,但PMAC 为用户提供了PCOMM 这个动态链接库来完成上位机同PMAC 之间的数据交换,它包括了PMAC 的所有的通信方式。这就使得这部分的开发工作变得简单,剩下的只是对动态库中的函数的调用问题了[6 ] 。下面具体介绍在VC + + 610 下调用动态库及使用库函数的方法。

  PMAC 带有内置的软PLC 功能, PLC 的运行也是由PMAC 来实现的。PLC 的语法是采用IF -EL SE 结构的类C 语言,开发者只要有C 语言的基础就可以很快写出所需的PLC 程序。然后,利用PMAC 自带的软件开发平台,编辑,编译PLC 程序,并下载到PMAC 卡中。系统的PLC 程序完成系统的初始化和对各种输入输出量进行监控,主要包括看门狗PLC、上电PLC、主PLC、指示灯管理PLC 和下电PLC。主PLC 用来完成对控制面板及机床输入、输出进行监控的任务,它主要包括各种手动、自动功能的实现、主轴运动的控制、上料和卸料等操作。

  基于IPC + PMAC 结构的双CPU 开放式数控系统,由于PMAC 的强大的功能,不仅在硬件系统的连接集成上比较方便,而且在系统软件的开发由于其提供的动态库支持也变得相对简单,用户开发自己的数控系统其实就是对PMAC 功能的定制。这使用户在比较短的周期内能开发出所需特定功能的数控系统。

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