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基于嵌入式一体化工控机的仿形车床电气系统设计pdf 嵌入式工控机

blog 2021-05-14 65 0

  、l 匐 化 基于嵌入式一体化工控机的仿形车床电气系统设计 The designofanelectricalsystem forcopyinglathesbasedon em bedded integrated industrialcontrolling computer 吴 晓’,张建生 ,华 亮’ WUXiao。,ZHANG Jian.sheng 。HUALiang’ (1.南通大学 电气工程学院,南通 226019;2.常州工学院 电子信息与电气工程学院,常州213002) 摘 要:提出了以嵌入式一体化工控机为核心,双串行通讯链路的网络架构,构成以触摸屏为中心,触 摸屏与变频器、伺服放大器、PLC可同时通讯的网络化电气控制系统。对通讯程序的设计与 相关参数的设置进行了阐述。实现了上述设备的参数和控制信息实时同步传送、显示和设置 的目的。控制按钮也大部分由触摸屏实现,减少了硬件系统器件 ,降低了成本,获得了良好 的使用效果。 关键词:嵌入式工控机;工控网络;通讯;PLC;变频器;伺服放大器 中圈分类号:TG502;TG518;TP271;TP29 文献标识码:B 文章编号:1009—0134(2011)2(上)-0118-05 Doi:10.3969/J.issn.1009-0134.2011.2( ).39 0 引言 统提出了新的要求:采用触摸屏作人机界面并实 活塞环加工专机 是内燃机制造行业的专用机 现全数字化控制。具体内容是:数据 的传输及对 床。活塞环 内外圆同时仿形车铣组合机床 (以下 变频器、伺服放大器 、PLC的控制通过网络化实 简称仿形车)采用内外园同时仿形,并一次走刀 现 ,所有按钮 (除急停钮外)都由触摸屏实现 。 完成加工 ,较好地实现了不 同设计要求的活塞环 弹力分布,大大缩短了工艺流程 ,提高了生产 效率 。避免 了工件 中的残余应力 ,比较容 易控 制质量 。 仿形车原电气系统使用了PLC、变频器、伺服 驱动等装置,但控制手段仍采用 电位器模拟输入 调节速度 ,控制精度低。随着控制技术的发展, 对模拟控制的仿形车 电气控制系统的改进需求也 就应运而生。 图1原系统原理结构图 1 电气控制系统通讯网络的构建 1.2通讯网络的结构设计 系统具有5台4种部件装置——触摸屏、PLC、 1.1系统改进的要求 变频器 (2台)和伺服放大器,其 中PLC、变频器 仿形车原来的电气控制系统以PLC为核心,运 与伺服放大器各 自具有各 自的通讯协议,无法通 行速度通过外接输入电位器设置,而转速和进给 过把所有设备均挂接在一个网络上实现触摸屏与 速度通过PLC驱动LED数显装置加以显示。原系统 上述部件均可交换信息的控制要求。这就要求PLC 的结构如图1所示。 要有多个通讯接 口。触摸屏设置和显示的参数 , 图1中变频器1用于控制车床主轴转速 ,伺服 通过PLC下送和上传;但小型PLC从实用和经济性 装置则用来精确控制刀具的进给速度,变频器2用 上考虑通常不宜多于2个通讯接口,同时考虑到触 于铣床刀具的进给速度 。它们都用电位器来调节 摸屏一般也能提供2个 串行接 口,故系统设计以触 运行速度。主轴转速、进给速度通过PLC对光电编 摸屏为中心 ,同时充分利用PLC的两个通讯接 口如 码器脉冲进行计数、处理,再驱动显示装置 。 图2所示。 随着各种控制部件性能的不断提升,对原系 收稿日期:2010-08-05 作者简介:吴晓 (1961一),男,江苏南通人,副教授 ,主要从事 自动化技术应用等方面的研究与教学 。 I118] 第33卷 第2期 2011-2(上) 、l 匐 化 图2系统通讯结构图 图2中触摸屏~PLC一伺服放大器,组成了第 一 条通讯链路 。而触摸屏一变频器则形成第二条 通讯链路,巧妙地避开 了变频器与伺服放大器接 在 同一通讯接 口上 ,无法运行不 同通讯协议带来 设置通讯格式 (D8l20) (b)写入通讯计时控制流程 图 读参三==葛要磊—甓磊通 图3PLC与伺服放大器通讯程序流程图 星i 照渎参数命令格 的矛盾 。 编制通讯代码 , 号通讯代 码 ,并 触摸屏选用MCGSTPC嵌入式一体化工控机, 将其送入D600开 送 通讯 的单元 中 是以主频400MHzCPU为核心的高性能嵌入式一体 化触摸屏口。触摸屏与PLC采用其RS一232串口,而 通 讯成成 功 ? 周用Rs指令将D600 、 \ / 触摸屏与两台变频器采用其RS一485串口,组成变频 是 1 }于始的10帧数据发 器通讯网络,两台变频器分别设为0号站与l号站, 差到伺服,并将返 回的数据放入D700 要 写入 的参数转 同一时刻仅有一台变频器与触摸屏进行通讯l4J。 FF始的l8个单元 中 为nsc~-~,计 算 和 ,编制 写入参 PLC和伺服放大器是三菱FX2N和J3系列 。 通讯代码 ,并发 D700=2H?

  —重 通讯 2 通讯数据传输的软件组态 \ \ / / 是I 2.1PLC与伺服放大器通讯程序的设计 竺兰 2.1.1通讯格式参数的设置 \ \ / / 是 1 设备之 间通讯成功的基础是遵守相 同的通讯 是l 二 协议 ,首先是要有相同的通讯格式 。伺服放大器 制读入参数通讯 l \ \ / 码并发送通讯 l 的通讯格式可通过参数PC20、PC21设置改变 J。 墨i PLC的通讯格式通过D8120特殊单元的设置来完 D711开始的4个剃 成 ~。 数据转换成l6进 I 数,放入D110中 I 2.1.2通讯程序的设计 墨i . . 重新读入的参数 I 伺服放大器的通讯采用的是主.从通讯方式, 移D110中的数据 J~Dt20中,以便显 换为16进制数, I 伺服放大器为从站 。通讯程序流程如图3所示。 与原要写入参数 i 否 塑 I 图3中在对PLC进行了一些初始化设置后,首 全通 相 先判断是读 出转速数据还是设置参数 ,对于读出 转速数据,由于是固定的读取转速数据 ,所 以只 结束 是发送一串固定的读转速数据指令同时等待伺服返 (a)读 出与写入通讯程序流程图 回相应的转速数据即可,图4为其关键程序语句。 第33卷 第2期 2O13-2(上) 【11g】 I造 匐 化 中的设备构件 (相 当于设备驱动程序),所 以只 — 一 — — ● *¨m 哪 I8【] 要正确设置设备构件中的参数与PLC、变频器中通 。 m — H ‘州 ’一H 研 删] 讯格式参数一致即可。在一个父设备下挂接三菱 。 眦眦 卜 吸 Ⅷ ¨‘] PLC编程El设备,在另一个父设备下挂接两台三菱 』 厂_ 变频器设备n。设备组态界面如图6所示。必须注 I … 意所挂接的两台变频器通讯站号分别为0和l。 图4 读取伺服放大器转速数据 的部分程序 鍪疆 PLC-[~_.FX系列编程口] 图3中对于设置参数 的处理比较复杂,设置 了 霭基 RS485日--[通用串口父设备] 多重保险措施。首先是按照通讯协议要求设置写 噩 wvFl--[三菱-FR700系歹u变频遂】 wvF2一e-~ZFR700~列变频器] 入参数 的参数组号 ,而后写入数据 ,写入后为了 冁 保证写入数据 的正确性 ,又重新把写入的数据读 图6触摸屏设备组态画面 出,与要写入的数据相 比较,相 同时才认为参数 通讯格式参数完全遵守PLC编程 口通讯格式要 设置成功 (图3(a))。其次这里每进行一步通讯均 求和三菱变频器 串行通讯格式要求,在设备构件 要判断通讯本身正确与否,在正确的前提下才转 的属性中设置”…。 入下一步,也正 因为如此,这里过程其实是一步 值得推敲的是设备构件 中变量连接 以及触摸 进顺序过程,可以使用步进顺序指令实现,图5为 屏的人机工作界面的设计。由于要显示各设备的 其简化了的形式化SFC图。再次,进入设置参数后 实 时速度和设置其要求 的运行速度 ,所 以设置 设置了一个标志 (图5中为M301),直到认为设 了相关变量并与设备 的有关通道相连接 ,如表 1 置成功才把该标志复位 ,与此同时采取了一个类 所示。 似于 “看门狗 ”的措施 :即对M301置位的时间计 表1触摸屏与通讯相关参数的设置 时,计时超过一定时间后则认为通讯失败 ,报警 要求操作者采取相应措施加 以解决 (参图3(b))。 田 I + M301(写参数启动信号) 匡] —————————__[选择参数组号通讯 ] M311 L—{_卜__[选择参数组号通讯正确判断H ouTM311] l 兰兰茎兰!!!竺oD。66。。。【; 卜— 莉丽丽 m 乜] se… t· -卜 ——————— 写参数通讯 ] 。rv。。p。。受改变篓伺服电机喜的运詈行速度于实时 u。z”。2 卜__[写参数通讯正确判断 ]H— OUTM313] 表 中由于伺服放大器的参数是通过PLC传递 CMP D202D160M316] 的,所以表中伺服放大器的相关参数均连接到PLC M3i7 [KST 的相应数据寄存器的通道上。 … . M3们j 根据仿形车工作的需要 ,主轴起停过程中要 控制不同的运行速度 ,因此,在不同的工作状 图5设置参数 的简化SFC图 态对设定速度和运行命令赋不同的值,通过触摸 2.2触摸屏与PLC、变频器之间通信参数的设置 屏的设备驱动通讯实现对变频器的控制 。其 中由 由于通讯链路的其它通讯软件是基于触摸屏 【下转第138页 】 [1201 第33卷 第2期 2011—2(上) 重叠系数 ,从而提升 实体建模 M【】.机械工业出版社,2006. 差速器的承载能力和 [2】齐从谦,甘屹.UGSNX5中文版C AE,CAM实用教程 [M】.机械工业出版社,2008. 传动 的平稳性,还能 3【】齐从谦,贾伟新.支持变型设计的装配模型建模方法研究 有效地降低噪声小 , J【].机械工程学报,2004,40(1):38—42. 而且结构紧凑。 4【]齐从谦,崔琼瑶.基于参数化技术的CAD创新设计方法的 图9 由直齿锥齿轮和 采 用Pro/E中的 研究 J【】_机械设计与研究,2002,18(5):13—15. Gleason弧齿锥齿轮组装 装配功能和运动仿线【】齐从谦,崔琼瑶.基于参数化技术的CAD创新设计 [J].中国 的汽车差速器数字化三维模型 功能可分别获得汽车 机械工程,2002,13(4):17—19. 5【]林忠钦,等.机械设计手册[M】.机械工业 出版社,2006. 差速器三维装配数字化模型 (如图9所示 )及运动 [6】邹慧君,张春林,李杞仪.机械原理[M】.北京:高等教育出版 仿线】朱龙根.简明机械零件设计手册 M【】.北京:机械工业 出版 社,2005. 【1】齐从谦,甘屹,张洪兴.Pro/ENGINEER野火2.0特征与三维 禹 ‘{岛 ‘{岛 ‘ 蠡● {岛} 忍÷ 岛÷ 赢 ‘ 赢 ‘毒赢 ‘ 高 翕} 高 专出 ‘ 高 毒禹 ‘{岛} 岛● 岛 ‘ 蠡 ● 矗} 矗} 蠡● 【上接第120页】 于设定速度经常在变化 ,所 以选用设置RAM频率 用户的首肯 ,并对类似系统的设计有一定的参考 形式。无风扇工控机。图7为运行时的人机界面,图中三个速度显 意义 。 示标签分别与三个实际速度变量连接 ,反映 了实 参考文献: 际工作时仿形车的工作状况。 [1】王琥.活塞环外圆全数控精密车削加工检测系统的研制 [D].长沙:湖南大学,2001. [2]吴晓,堵俊.活塞环仿形车、铣组合机床PLC控制的研究 [Jl_南通工学院学报,1999,15(4):5—8. 3【】北京昆仑通态 自动化软件科技有限公司.MCGSTPC嵌入 式 一体 化触摸屏 /工控机TPCl063E用户手册 M【/ OL].2010-01—14.http://.com.cn/upload,file/ mcgsfiles/SPE—H系列一V3.5.pdf. [4]黄卫华,林伟琼.基于触摸屏的变频器网络在陶瓷布料系 统上的应用[J].佛山陶瓷,2009,19(8):34—35. 图7系统工作运行时的人机界面图 5【】三菱电机 自动化(上海)有限公司.三菱通用变频器FR-A700 使用手册 (应用篇)z【】.2007. 3 结束语 [6】三菱电机 自动化(上海)有限公司.三菱电机通用交流伺服 在机床电气控制系统 中应用嵌入式系统和网 MR—J3一A伺服放大器技术资料集 z【】.2004. 7【]三菱 电机 自动化(上海)有限公司.FX2N一485一BD通讯模块 络技术是柔性制造系统先进性标志之一 。本文的 使用手册 [z】.2005. 研究表明:以嵌入式一体化工控机 (触摸屏)为 [8】三菱电机 自动化(上海)有限公司.FX系列微型可编程控 核心,双串行通讯链路的网络架构,是在对活塞 制器用户手册(通信篇)[ZD/K].2009. 环仿形车电气控制系统中触摸屏 ,PLC,变频器 9【]代灵.基于PLC和触摸屏的铜箔后处理机控制系统设计 和伺服放大器等设备的通讯功能认真研究的基础 D【】.武汉:武汉理工大学,2009. 上,充分利用触摸屏及PLC自身有限的通讯资源而 l【O]41::京昆仑通态自动化软件科技有限公司.MCGSI控组 提出的,简化了系统结构,降低了成本,提高了 态软件使用指南、参考手册、例程 M【D/K】.2006. [11】吴晓,堵俊,羌予践.机床主轴定位速度控制的研究[J].机床 系统的技术含量和可靠性 。实际工作 中,按照文 与液压,2008.36(7):317—319. 中方法进行硬件和软件组态构建的以触摸屏为中 [12]成行洁,嵌入式工控机吴晓,堵俊,等.基于变频控制的组合机床主轴定 心,触摸屏与变频器、伺服放大器、PLC可同时通 位的工程实现 J【]_南通职业大学学报,2009,23(1):85—87. 讯的网络化 电气控制系统运行情况 良好,获得 了 [138] 第33卷 第2期 2011-2(上)

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