解析可入群数控系统的总体设计与硬件和主控软件
工业设备集群监控即如图 1 将工业自动化设备 组织 起来 这样做的好处是可以由一个操作者监控一个 群 提高了劳动生产率 同时 群 可连入网络 易于实施远程控制
实施图 1 障碍在于 原有的自动化设备不具备入群的功能 而仅给自动化设备增加入群功能来构建图 1 势必造成图 1 系统功能的冗余而增加成本 较好的开发方法是将图 1 看作一个系统 下位机 自动化设备 不过是系统的 元素 首先考虑的是系统应有的功能和功能如何在系统中分布 然后再考虑 元素 功能的实现
设 自动化设备 为两坐标数控系统 一个独立的数控系统的功能有编辑 空运行(含离线插补) 零件加工(含在线插补) 手动 回零 对刀和显示 而图 1 系统的功能在上位机与下位机之间的分布是 1) 上位机(集群监控机)的功能 编辑 虚拟加工(含离线插补) 零件加工 手动 回零 图形显示 网络通信(连接下位机) 网关功能(连接 internet)等 2) 下位机(可入群数控系统)的功能有 零件加工 手动 回零 对刀 数字显示 网络通信(连接上位机)等[1]其中 零件加工 是依离线插补的结果(自定义指令和机加工数据流)进行的[2]显然 图 1 中数控系统与独立的数控系统相比 功能有较大不同
1 总体设计
1.1 工况与设定工况的操作
设置五种工况以分别完成下位机除网络通信外的所有功能 零件加工(auto) 回零(zrt) 手动 1(h1) 手动 2(h2) 手动 3(h3)三种手动工况对应不同的刀架驱动速度 任何手动工况下都可以完成对刀功能
图 1 系统要求既能在下位机设定自身工况 也能在上位机设定该下位机的工况 这就意味着下位机上常见的波段开关设置工况的方法不可取 笔者在下位机设立一个 工况键 和一个 工况标识 变量 工况标识 既可由 工况键 修改 也可以由上位机直接修改 工况标识 为 0 到 4 的取值 分别对应 5 种工况
1.2 输入 输出与显示
输入信号主要来自数控系统操作键 主要有 4 个手动键 x+ x- z+ z- 启动键 急停键 单步/连续选择开关 以及行程限位开关和控制螺纹加工的光电编码器
输出信号除对驱动电路的输出(以驱动刀架)之外 主要由 m s t 指令产生 有控制主轴转速 控制刀架自动转位等输出显示器采用 1 个米字管和 7 个 8 段 led 用一个键切换即时显示内容
1.3 驱动电路与网络通信
驱动电路与数控系统是否入群无关 本文不作讨论 网络通信功能涉及到的技术较多 另有讨论的专文 本文仅介绍与之相关的硬件
2.硬件方案
采用 8031 单片机 程序存储器 rom 容量用 32kb(基于笔者的开发经验确定) 数据存储器主要保存上位机传来的机加工数据流 其容量大小决定加工工件的大小 一个字节数据流对应加工轨迹长度为 4*10-2mm[2]若选择 32kbram 作为数据存储器 其对应的加工轨迹长度为 32k*4*10-2mm 近 1300mm 可以满足绝大多数情况下的加工要求
工况键 接入 8031 的外部中断 0 在相应中断服务程序中修改 工况标识 并用一个输出接口控制 5 个 led 对应指示 5 种工况
用一个输入接口接入键 x+ x- z+ z- 光电编码器接到 8031 的 t1 和 t0脚 其他输入键接到 p1 口
用一个输出接口控制驱动电路驱动刀架 一个输出接口输出与 m s t 指令对应的 编码 由此产生相应控制信号 另外用九个输出接口控制显示器
为构建图 1 系统 为 8031 串行口新增了以 rs-232 电平标准的半双工通信接口电路
限于篇幅 电路图从略
3.主控软件
图 2 为系统软件总框图 其中 工况标识 由外部中断 0 服务程序设定或由上位机传来 所谓主控软件指图 2 中标号 workst 到标号 workend 部分
图 3 为主控软件框图 图 3 考虑了多指令共段和共段指令执行顺序 tst 分支实现除 t00 指令外全部 t 指令的功能 m1s 分支实现 了 m03 m04 m06 m97 m98 m99 m21 m22 m23 m24 m25m26 m27 m28 等指令的功能 m2s 分支实现了 m00,m02,m05,m30,m20 等指令的功能 也考虑了模态指令的处理
可入群数控系统的*部分在图 3 以标号 gst 开始 wk4 结束的分支 这一分支的详细框图见图 5
图 5 各分支对应相应的 g 指令 其中的 g00 g01 g32 g33 对应无须插补的加工指令 需要插补的 g01 指令和曲线插补都由上位机离线插补成机加工数据流 并传递到下位机 由 g02 指令(自定义指令中 g02 已经不是圆弧插补指令)标识之 g02 指令格式为 g02xx yy xx 和 yy 都为两字节 分别指示数据流存放地起始地址和终止地址
图 6 为图 5 的 g02 分支框图 图中的标识 sdkzh 由图 4 置位sdkzh 为 1 表示刀架已进给一步(10-2mm) 图 4 为定时器 0 中断服务程序 它控制加工速度 刀架进给和即时坐标显示
其它程序或复用原程序或另文介绍 故此处不赘述
4.结束语
这是一个应用项目的技术方案 它实现了文献[1] [2]的内容 限于篇幅 本文没有给出具体硬件电路和全部软件框图 但给出了硬件的详细方案和介绍了有自身特色的主控软件 由于本数控系统是图 1 的 元素 在图 1 系统功能不变的前提下 元素 的功能得到简化甚至部分功能取消 这使系统成本下降且便于集群监控 这样的系统也易于构建工业自动线或接入互联网实现远程监控 有较好实际意义
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