论文部分内容阅读
摘 要：数控转塔冲床的控制系统运用的是PC与软PLC结合，基于TwinCAT平台上完成人机界面的操作，通过分析处理所输入的信息，将I/O模块反馈至PLC之中，以实现驱动各部件运作和信息交互的目的，并且在Visual Studio.NET2008中采用C#语言设计人机界面。
关键词：人机交互；TwinCAT；软PLC
1 数控转塔冲床的组成
基于PC的控制系统能够大幅提升系统的信息储存能力、灵活性和连接性，是一个集成化、多功能的开放式平台。为满足现代化生产的需要，使系统的维护更加方便，结构更加紧凑，本系统采用的是软PLC与PC的结合，研究对象是ET-300系列的数控转塔冲床。该冲床包括以下几个组成部分：
①数控系统。能够完成自动加工的转塔冲床其核心是数控系统，不但能控制机床各功能的部件，完成加工任务，对操作人员的操作命令进行接收，还能对转塔冲床的加工环境和工作状态进行实时的监控。
②伺服系统。转塔冲床一个最主要的部件就是伺服系统，它能够实现转塔冲床各轴位置、速度的精确控制，对数控系统的运动命令加以接受，并直接驱动各轴运动。
③电气系统。电气系统主要涵盖气动部件、传感器、电动机与数控系统以及气动控制回路和各种被转塔冲床所用到的传感器。电气系统的枢纽是电器柜。
④机床床身。涵盖外罩、底座等。
⑤传动系统。涵盖c轴传动机构、t轴传动机构、y轴传动机构、x轴传动机构和主轴传动机构。
⑥辅助部件。为实现一些特殊的功能还需要工件夹钳、定位装置等辅助部件。
2 设计数控系统和人机界面
控制系统有软件和硬件两部分。控制系统的硬件部分主要包括端子系统、伺服系统、总线系统和IPC等，其驱动伺服电动机来实现相应动作的完成是通过控制伺服驱动器来实现的，这需要实现IPC同端子系统和伺服系统的通信，EtherCAT总线与工控机连接，并运用以太网现场EtherCAT总线技术。端子系统能够实现信息的传输和反馈，它连接执行开关和外部传感器等。工控机选用EK1110的EtherCAT总线耦合器，配备PC控制面板，所采用的C6150由BECKHOFF提供。这种数控转塔冲床需配备4个伺服驱动器。输入、输出的端子模块由EL1008-8通道数字量来完成，并通过连接外部的执行器和传感器确定其具体的个数。控制系统的硬件组成结构如图1所示。
能够完成控制系统功能的核心部分就是控制系统的软件部分，这涵盖操作系统、上位机程序、组态软件、软PLC、TwinCAT平台以及人机界面程序。软件部分的基础就是TwinCAT，这是组态软件和软PLC的运行平台。在TwinCAT平台上有上位机程序，以负责完成TwinCAT控制系统的交互与通信和用户操作命令的实现。为符合用户的需求，满足简便友好的特点，将Windonws XP操作系统应用于IPC上。
人机界面是一种为用户与系统之间提供信息交互服务的媒介，它被广泛地应用工业控制当中。在Visual Studio.NET2008中采用C#的编程语言来设计人机界面，并且尽量采用Windows界面的兼容标准特征以满足标准Windows系统被绝大多数用户所熟悉的要求。
3 在TwinCAT平台上实现软PLC系统的技术与结构
3.1 软PLC系统结构
基于PC的软PLC要想实现传统PLC的编程、存储、控制和计算功能就要通过软件方法，经过现场总线和I/O模块等物理设备来有效实现信号的输出以及数据的采集，它对自动化的工厂体系结构进行简化，能把各种特定的应用、人机界面、通信和控制全部合为一体，并在同一个硬件平台上加以运用。这两者都在同一个IPC内，其中运行系统负责应用程序的执行和整个系统的管理，开放系统则被应用于应用程序PLC的开发，两个系统之间的通信通过DLL文件实现。
3.2 软PLC的技术实现
本系统通过BECKHOFF所提供专用的软件TwinCAT来实现软PLC，可编程控制器为PC，IEC61131-3标准被应用于其相应的编程工具，能够连接所有的使用微软开放式标准程序、带用户接口的数据通讯、用于I/O信号的PC卡和公共现场总线。倘若要求控制器要有较高的控制性和可靠性，提升实时监控的性能，就要选择插槽式的PLC。由于这种PLC有独立地操作系统，故有准确的重新启动和可靠的数据存储功能。本系统采用的是TwinCAT PLC，即软件式的PLC。
3.3 使用TwinCAT PLC
软PLC指的是TwinCAT PLC，能让4个虚拟“PLC CPU”在一个PC机上运行，同时运行4个用户任务。TwinCAT PLC可以周期性地循环工作，并能完成输出刷新、程序执行和输入采样。TwinCAT PLC可以选择性地读取输入数据和状态。其原理在于能把TwinCAT PLC的输入点视为一个串点序列，某个串点或每个串点均有相应的判断条件，若条件不满足，就要把对应的输入端点跳开。
4 结语
数控转塔冲床的控制系统是在基于PC的基础上把软PLC同PC进行完美结合，其人机界面与机床的交互通过内置软PLC实现。其能对工业自动化的控制结构大大地加以简化，有利于不断地推进我国在控制系统的研究领域的事业的发展。
参考文献：
[1]刘延友，李忠新，黄川.数控转塔冲床夹钳重定位系统设计与分析[J].机械制造与自动化，2014（05）.
[2]张玉良，逯振国，等.基于虚拟仪器的数控转塔冲床在线监测系统[J].锻压技术，2014（05）.
关键词：人机交互；TwinCAT；软PLC
1 数控转塔冲床的组成
基于PC的控制系统能够大幅提升系统的信息储存能力、灵活性和连接性，是一个集成化、多功能的开放式平台。为满足现代化生产的需要，使系统的维护更加方便，结构更加紧凑，本系统采用的是软PLC与PC的结合，研究对象是ET-300系列的数控转塔冲床。该冲床包括以下几个组成部分：
①数控系统。能够完成自动加工的转塔冲床其核心是数控系统，不但能控制机床各功能的部件，完成加工任务，对操作人员的操作命令进行接收，还能对转塔冲床的加工环境和工作状态进行实时的监控。
②伺服系统。转塔冲床一个最主要的部件就是伺服系统，它能够实现转塔冲床各轴位置、速度的精确控制，对数控系统的运动命令加以接受，并直接驱动各轴运动。
③电气系统。电气系统主要涵盖气动部件、传感器、电动机与数控系统以及气动控制回路和各种被转塔冲床所用到的传感器。电气系统的枢纽是电器柜。
④机床床身。涵盖外罩、底座等。
⑤传动系统。涵盖c轴传动机构、t轴传动机构、y轴传动机构、x轴传动机构和主轴传动机构。
⑥辅助部件。为实现一些特殊的功能还需要工件夹钳、定位装置等辅助部件。
2 设计数控系统和人机界面
控制系统有软件和硬件两部分。控制系统的硬件部分主要包括端子系统、伺服系统、总线系统和IPC等，其驱动伺服电动机来实现相应动作的完成是通过控制伺服驱动器来实现的，这需要实现IPC同端子系统和伺服系统的通信，EtherCAT总线与工控机连接，并运用以太网现场EtherCAT总线技术。端子系统能够实现信息的传输和反馈，它连接执行开关和外部传感器等。工控机选用EK1110的EtherCAT总线耦合器，配备PC控制面板，所采用的C6150由BECKHOFF提供。这种数控转塔冲床需配备4个伺服驱动器。输入、输出的端子模块由EL1008-8通道数字量来完成，并通过连接外部的执行器和传感器确定其具体的个数。控制系统的硬件组成结构如图1所示。
能够完成控制系统功能的核心部分就是控制系统的软件部分，这涵盖操作系统、上位机程序、组态软件、软PLC、TwinCAT平台以及人机界面程序。软件部分的基础就是TwinCAT，这是组态软件和软PLC的运行平台。在TwinCAT平台上有上位机程序，以负责完成TwinCAT控制系统的交互与通信和用户操作命令的实现。为符合用户的需求，满足简便友好的特点，将Windonws XP操作系统应用于IPC上。
人机界面是一种为用户与系统之间提供信息交互服务的媒介，它被广泛地应用工业控制当中。在Visual Studio.NET2008中采用C#的编程语言来设计人机界面，并且尽量采用Windows界面的兼容标准特征以满足标准Windows系统被绝大多数用户所熟悉的要求。
3 在TwinCAT平台上实现软PLC系统的技术与结构
3.1 软PLC系统结构
基于PC的软PLC要想实现传统PLC的编程、存储、控制和计算功能就要通过软件方法，经过现场总线和I/O模块等物理设备来有效实现信号的输出以及数据的采集，它对自动化的工厂体系结构进行简化，能把各种特定的应用、人机界面、通信和控制全部合为一体，并在同一个硬件平台上加以运用。这两者都在同一个IPC内，其中运行系统负责应用程序的执行和整个系统的管理，开放系统则被应用于应用程序PLC的开发，两个系统之间的通信通过DLL文件实现。
3.2 软PLC的技术实现
本系统通过BECKHOFF所提供专用的软件TwinCAT来实现软PLC，可编程控制器为PC，IEC61131-3标准被应用于其相应的编程工具，能够连接所有的使用微软开放式标准程序、带用户接口的数据通讯、用于I/O信号的PC卡和公共现场总线。倘若要求控制器要有较高的控制性和可靠性，提升实时监控的性能，就要选择插槽式的PLC。由于这种PLC有独立地操作系统，故有准确的重新启动和可靠的数据存储功能。本系统采用的是TwinCAT PLC，即软件式的PLC。
3.3 使用TwinCAT PLC
软PLC指的是TwinCAT PLC，能让4个虚拟“PLC CPU”在一个PC机上运行，同时运行4个用户任务。TwinCAT PLC可以周期性地循环工作，并能完成输出刷新、程序执行和输入采样。TwinCAT PLC可以选择性地读取输入数据和状态。其原理在于能把TwinCAT PLC的输入点视为一个串点序列，某个串点或每个串点均有相应的判断条件，若条件不满足，就要把对应的输入端点跳开。
4 结语
数控转塔冲床的控制系统是在基于PC的基础上把软PLC同PC进行完美结合，其人机界面与机床的交互通过内置软PLC实现。其能对工业自动化的控制结构大大地加以简化，有利于不断地推进我国在控制系统的研究领域的事业的发展。
参考文献：
[1]刘延友，李忠新，黄川.数控转塔冲床夹钳重定位系统设计与分析[J].机械制造与自动化，2014（05）.
[2]张玉良，逯振国，等.基于虚拟仪器的数控转塔冲床在线监测系统[J].锻压技术，2014（05）.