基于KND系統(tǒng)的四軸數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)

緱斌麗，楊雨圖

（南京林業(yè)大學 機械電子工程學院，南京 210037）

0 引言

隨著裝備業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，數(shù)控機床加工在生產(chǎn)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(shù)控銑床的設(shè)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(diào)節(jié)，電壓越高其液體溫度也越高。本文基于KND數(shù)控系統(tǒng)K1000M4i為控制軟件，與臺達DVP-20EX的PLC成功連接，設(shè)計了一套四軸三聯(lián)動的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅具有開發(fā)周期短、成本低，可靠性高，實時性強等優(yōu)點，而且具有很好的可移植性，對研究新一代數(shù)控系統(tǒng)有積極的推動作用。

1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

K1000M4i數(shù)控系統(tǒng)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(shù)控系統(tǒng)的S指令生成，經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部運算轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速。數(shù)控系統(tǒng)通過其定義的參數(shù)設(shè)置電機轉(zhuǎn)速的范圍。數(shù)控機床設(shè)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(guān)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?？捎稍O(shè)計人員對其作各種控制。

數(shù)控系統(tǒng)與PLC處理開關(guān)量的方法基本上大同小異，都是以布爾代數(shù)為運算基礎(chǔ)，只是語言形式和指令代碼有區(qū)別。但數(shù)控系統(tǒng)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(shù)控機床的應(yīng)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(shù)控系統(tǒng)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(jié)省成本。

顯示屏或觸摸屏作為PLC的上位機，可以實現(xiàn)人機對話。且通訊方式也非常友好。數(shù)控系統(tǒng)有自己的顯示屏、開關(guān)量、模擬量、指令解釋、運動軸控制等模塊，通過數(shù)控指令實現(xiàn)人機對話。因此數(shù)控系統(tǒng)不好與其他控制系統(tǒng)如PLC相連接，數(shù)控系統(tǒng)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(guān)鍵。

我們用國產(chǎn)KND的K1000M4i數(shù)控系統(tǒng)與臺達DVP-20EX的PLC就成功的將二者連接了。KND數(shù)控系統(tǒng)作為上位機，用M指令控制PLC的模擬量的處理。KNDK1000M4i數(shù)控系統(tǒng)原有的輸入輸出接口即DI/DO點已用于數(shù)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(zhì)，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(tǒng)軟件圖

在數(shù)控系統(tǒng)中開發(fā)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(yù)液體加熱開啟

M51指令A(yù)液體加熱關(guān)閉

M52指令A(yù)液體出液開啟

M53指令A(yù)液體出液關(guān)閉

M54指令B液體加熱開啟

M55指令B液體加熱關(guān)閉

M56指令B液體出液開啟

M57指令B液體出液關(guān)閉

M58指令C液體加熱開啟

M59指令C液體加熱關(guān)閉

M60指令C液體出液開啟

M61指令C液體出液關(guān)閉

首先定義KND數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)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(shù)控系統(tǒng)的PLC（與上述PLC不同，專指數(shù)控系統(tǒng)的軟件編輯）程序中先生成M50到M61的指令，然后編寫KND數(shù)控系統(tǒng)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(tǒng)PLC程序

圖4 臺達PLC程序圖

3 系統(tǒng)的工作過程

其控制過程如下：

1）在手動狀態(tài)下，操作員調(diào)節(jié)電位器，使其達到設(shè)定值后，手動按下KND數(shù)控系統(tǒng)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(shù)控系統(tǒng)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(tài)中，當零件程序執(zhí)行到M50時，KND數(shù)控系統(tǒng)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(guān)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(shù)控系統(tǒng)的X100.0被置1。當零件程序執(zhí)行到M52時，系統(tǒng)檢測到X100.0為1時，將Y100.2置1，驅(qū)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(zhí)行M51 M53關(guān)閉加熱與關(guān)閉泵出。

4 結(jié)論

KND數(shù)控系統(tǒng)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(chǎn)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(shù)控系統(tǒng)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(xiàn)上述控制也很容易，但成本要高得多。

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