石滿船 楊錦斌 黃桂英 龔 旭

(青海一機數(shù)控機床有限責任公司，青海西寧 810018)

某公司設計生產的CK8011F重型專用數(shù)控車床，主要適用于加工鐵路長軸類、輪轂類等特殊零件。為改善加工工藝，提高加工精度，提升生產效益，該機床設計配有兩個刀架，兩個主軸和兩組進給軸(即兩個X軸和兩個Z軸)，機床結構示意圖如圖1所示。

機床采用兩套SINUMERIK 828D PPU260.2數(shù)控系統(tǒng)分別控制相對應的刀架及X軸、Y軸，兩套數(shù)控系統(tǒng)共同使用一個16 kW的電源模塊(ALM)和接口模塊(AIM)，為所有的進給軸提供直流母線電壓;兩組進給軸分別由兩個2X18A的功率模塊S120進行控制，各進給軸的編碼器分別連接到相對應的接口。同時，機床的兩個主軸分別使用西門子G120驅動器控制30 kW的變頻電動機實現(xiàn)驅動，兩個主軸的外置編碼器分別通過相應的編碼器接口模塊SMC20連接到相應的PPU260.2，以實現(xiàn)不同的加工需求。具體控制系統(tǒng)連接如圖2所示。

該機床工作時，左邊的數(shù)控系統(tǒng)要優(yōu)先于右邊的數(shù)控系統(tǒng)，也就是說左邊的數(shù)控系統(tǒng)啟動后，右邊的數(shù)控系統(tǒng)才能啟動;左邊的系統(tǒng)正常后，右邊的系統(tǒng)才能正常工作。同樣，左邊的系統(tǒng)正常后，右邊的系統(tǒng)才能正常工作，左邊的系統(tǒng)如果處于急停狀態(tài)，右邊的系統(tǒng)就不能正常工作，而右邊的系統(tǒng)處于急停狀態(tài)時，卻不能影響左邊的系統(tǒng)。

因此，在控制過程中兩個數(shù)控系統(tǒng)之間必須進行數(shù)據(jù)通訊，才能實現(xiàn)以上要求。

1 數(shù)據(jù)交換方式分析

隨著CAD、CAM、CIMS技術和數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)之間、數(shù)控系統(tǒng)與計算機之間通訊方式越來越多。本機床使用的西門子SINUMERIK 828D數(shù)控系統(tǒng)之間的實現(xiàn)通訊或數(shù)據(jù)交換的方式，主要有以下幾種:

(1)PN/PN耦合器數(shù)據(jù)交換法

PN/PN耦合器(PN/PN Couple)是兩個數(shù)控系統(tǒng)之間通訊的基本方法之一。SINUMERIK 828D PPU260.2的Profinet接口PN2通過對等網線連接到PN/PN耦合器上，同樣另外一個 SINUMERIK 828D PPU260.2的Profinet接口PN2也通過對等網線連接到偶合器，在機床的兩個SINUMERIK 828D上設置好相應的參數(shù)、IP地址和接口后，就可以使用S7－200 PLC中專用的數(shù)據(jù)塊(Data Block)，兩個數(shù)控系統(tǒng)同時對專用數(shù)據(jù)塊中的變量和相應的接口信號進行讀寫操作，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和其他不同功能。

(2)局域網數(shù)據(jù)交換法

局域網是目前計算機通訊的主要手段之一。而集線器(HUB)是局域網中的重要部件之一，它是網絡連接的連接點。SINUMERIK 828D自帶有Profinet接口，為組建局域網提供了有利條件。同樣的道理，在兩個數(shù)控系統(tǒng)之間使用集線器(HUB)組建一個小型局域網，將兩個PPU260.2的Profinet接口PN2通過對等網線連接到HUB上，在機床的兩個SINUMERIK 828D上設置好相應的IP地址和接口后，進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)不同的功能。

(3)Sinamics數(shù)字I/O控制端子數(shù)據(jù)交換法

SINUMERIK 828D數(shù)控系統(tǒng)除了具有Profinet接口以外，還有Sinamics數(shù)字I/O接口和NCK數(shù)字I/O接口等接口。使用Sinamics數(shù)字I/O接口的功能，也可實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊。Sinamics數(shù)字I/O接口的控制端子X122和X132經拓撲識別后，每一個端子的腳號具備相應的功能，同時這些功能可通過參數(shù)進行重新設置，以獲得其他相應的功能。

前兩種方案都需要使用較高成本的硬件，并且參數(shù)設置較為繁瑣，IP地址容易混淆，在實際中較少使用。第三種方案，硬件連接簡單，Sinamics數(shù)字I/O接口的功能經拓撲識別后可自動分配，不需要設置其他參數(shù);另外，在調試或實際使用中方便簡潔。

結合數(shù)控機床實際使用情況，決定使用第三種方案——Sinamics數(shù)字I/O控制端子數(shù)據(jù)交換法。

2 Sinamics數(shù)字I/O數(shù)據(jù)交換法的應用

Sinamics數(shù)字I/O分別是控制端子 X122和X132，這兩個控制端子都是通過 14芯插頭與PPU260.2連接，每個控制端子的每個腳都有不同功能，通過系統(tǒng)拓撲識別都會有相應的功能。

表1 控制端子X122(Sinamics I/O)的分配功能

表2 控制端子X132(Sinamics I/O)的分配功能

(1)Sinamics數(shù)字I/O接口的功能分配

PPU260.2數(shù)字I/O接口提供了兩個控制端子，即端子X122和端子X132。端子X122和端子X132每個腳的功能，在系統(tǒng)調試過程中，經過恢復出廠設置和自動拓撲識別后，自動分配了標準功能，不需要進行手動建立BIOC連接。當需要更改時，可修改相應的參數(shù)進行設置。端子X122和端子X132的主要腳號功能如表1和表2所示。在本文中沒有使用的腳號功能未在表中列出。

(2)數(shù)據(jù)交換功能的連接與調試

左邊的PPU260.2系統(tǒng)的具體連接見圖3所示。當系統(tǒng)PLC驅動總線就緒信號DB2700.DBX2.5為1后，ALM電源模塊X21的3腳接入24 V，即EP使能。間隔100 ms后，PPU的X122.1接入24 V，ON/OFF1使能。OFF1使能加上后，可以加OFF3使能，即PPU的X122.2接入24 V，這樣PPU就處于使能狀態(tài)，PPU的X132.9和X132.10此時輸出24 V，通過功率繼電器控制右邊PPU的ON/OFF1使能和OFF3使能。

同樣的道理，驅動總線就緒信號DB2700.DBX2.5為1后，PPU的X122.1通過功率繼電器KA1接入24 V，ON/OFF1使能;之后，PPU 的 X122.2通過功率繼電器KA2接入24 V，OFF3使能。這些使能加上之后，PPU的 X132.9和 X132.10輸出 24 V，作為左邊PP72/48 I/O的輸入信號，當這兩個輸入信號同時為1后，可以給X軸和Z軸加脈沖使能和控制使能，即PLC 接口信號 DB380x.DBX4001.7=1 和 DB380x.DBX2.1=1。

3 結語

在正確的硬件連接的基礎上，根據(jù)上述的控制時序設計PLC程序，并通過以上介紹的數(shù)據(jù)通訊方式，實現(xiàn)兩個數(shù)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊，即可滿足該機床的工作要求，并且本文介紹的數(shù)據(jù)通訊方式，可省去一些成本較高的硬件，有較好的性價比。

數(shù)字I/O控制端子數(shù)據(jù)交換技術在某公司設計的機床上已成功應用，受到用戶好評。

［1］鄭萍.現(xiàn)代電氣控制技術［M］.重慶:重慶大學出版社，2000.