基于触摸屏与PLC的自动镗铣床控制系统设计与研究
2016-10-18 来源：江苏省仪征市仪征技师学院 作者：杨敏
摘要：镗铣床实际上就是集镗床和铣床二者功能为一体的一种机床，其不仅具有精度高、效率高，也可以大大提高加工产品的质量，降低生产制造人员的劳动强度。本文从基于触摸屏和PLC的自动镗铣床控制系统的概述入手，就其控制系统的工作原理、硬件组成以及软件设计进行了探究。
关键词：触摸屏；PLC；镗铣床；控制系统
在我国经济飞速发展的背景下，我国制造业得到了快速的发展和进步。为了提高市场竞争力，增强制造业的经济效益，就必须要对制造业所用机床的控制系统进行设计、改造和升级。
1. PLC-触摸屏控制系统的工作原理
PLC-触摸屏控制系统实际上是由主轴伺服控制模块、进给伺服控制模块、可编程逻辑控制器模块、通信模块、输入模块、输出模块和测量模块等共同组成。在机床操作执行的过程中，相关人员需要先启动主轴箱油泵，接着需要在触摸屏上输入操作指令，这时候系统会自动调出与输入指令相对应的PLC程序，然后相应的PLC程序会控制设备的各个触电，进而达到控制目的。
在PLC-触摸屏镗铣床控制系统中，X、Y和W轴的定位方面均加入了光栅尺位移传感器。每执行一个操作，光栅尺均会以脉冲次数的形式来将实际的位移量反馈给PLC，接着其借助所配备的计算器将所反馈过来的脉冲次数进行记录，所以可以通过计数器的记录即可求得实际的位移，并要将其存储到PLC的一个特定内存地址中来，同时将其反馈到触摸屏上，这样一来，我们就可以借助触摸屏显示出实际的位移量。
借助该系统的镗铣床的润滑主要包括主轴箱导轨润滑和下滑座导轨润滑两个组成部分，并且主要应用了集中润滑方式，由液压泵提供一定压力和排量的润滑油，同时需要借助PLC来对换向阀、报警信号处理、打油间隔和时间等进行控制，一般需要借助软件来讲润滑的时间间隔设定为10s/次。
2. PLC-触摸屏控制系统的硬件组成
在本次研究的PLC-触摸屏控制系统中，选用西门子CPU224XP型号的PLC，其其主要包括10路输出接口、14路输入接口、2路模拟输出点、2路模拟输入点、2个RS485编程/通讯口，并且设备中所用的计数器可以采集到频率为100HZ的脉冲信号，同时输出脉冲信号的频率也可以达到100kHZ。鉴于该控制系统中需要5路脉冲计数器，但是实际所选用的PLC类型中仅有4路，所以为了满足接口的需求，可以分别取1#PLC和2#PLC这两块PLC来共同构成实际所用的5路接口，而就这两块PLC的功能分工而言：1#PLC主要负责换挡电磁阀、电磁离合器以及进给伺服驱动器；而2#PLC则主要负责机床主轴伺服驱动器；在两块PLC之间的数据传输方面，1#PLC做主机，当在触摸屏中输入相关指令的过程中，可以借助PPI协议来执行指令，而在所用的控制面板中输入指令的时候，需要使指令先进入2#PLC，再传入到和1#PLC，然后接着需要执行相关的指令，而和1#PLC和2#PLC之间端口的信息和数据交换等均需要借助PPI协议来加以实现。
为了使该控制系统具有更好的兼容性和可靠性，设备的触摸屏主要也选择了西门子品牌的MP277-10.4Touch，该触摸屏的内部存储空间有6MB，1个Ethernet接口、2个USB接口、1个RS422/RS485接口来用于数据通信，同时该软件系统主要应用了Windows CE5.0操作系统，并且该系统具有很强的服务性，比如非易失性报警缓冲给服务等极大地方便了服务人员。
3.PLC-触摸屏控制系统的软件设计
3.1 触摸屏的界面设计
结合镗铣床的工艺和控制要求，系统控制所用触摸屏软件主要采用WinCC flexible Standard 2008组态软件，它可以为全部基于Windows CE的SIMATIC HMI设备组态。编程软件STEP 和WinCC flexible之间的结合，可以借助统一的编程组态公斤、数据库和通信协议来进行控制，同时软件内置的软件操作截面主要包括6个功能窗口和1个启动窗口等所共同构成，并且系统的启动自检需要先进入包括用户登录信息、级别以及时间显示等基本数据在内的启动窗口，然后可以通过对应按键的点击来进入对应的功能窗口部位，而用户只需要在各个功能窗口即可完成以下方面的工作：设定工作台的移动数值和方向以及主轴箱的升降数值、方向以及主轴和滑块的移动数值与方向；切换机床的空档、低档和高档；实现主轴或者进给电动机的正向转动、反向转动和停止操作；系统辅助、清零以及改变供给电动机的转动速率等。
3.2 两台PLC之间数据通讯
S7-200PLC之间的PPI通信借助Profibus电缆分别连接到各个PLC的端口上，并要借助多主站电缆与装有WIN的PC进行连接来组成一个借助PPI协议来进行通信的网络。首先，在STEP7-Micro/Win编程软件内设置断口，将1#PLC和2#PLC作为主站的站地址设置为3和2，并要将编程所用计算机的站地址设置为0.然后需要借助NETW 和NETR 指令来编写相应的PPI 通信程序，而S7-200PLC 之间的PPI 通信则也可以借助NETW和NETR指令来实现主站的数据交换，从站侧则不需要借助通信程序的编写，只需要向缓冲区和提取和提供数据即可完成。
总之，基于触摸屏与PLC的自动镗铣床控制系统具有以继电器-接触器为基础的传统镗铣床控制系统更高的运行性能和可靠性，并且该系统的操作便捷，精度高，可以满足当前各类制造业的施生产需求，所以具有很高的推广和使用价值。
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