斗笠式刀库自动换刀控制组态系统的开发

DOI: 10 3969 / j. issn. 1001 3881. 2012. 08. 019斗笠式刀库自动换刀控制组态系统的开发牛志斌( 山西机电职业技术学院，山西长治 046011)摘要: 论述如何利用组态软件对斗笠式刀库自动换刀过程进行组态设计，实现对加工中心自动换刀动作的动态控制及监控功能。该组态系统对数控技术维修人员及时排除自动换刀系统故障、特别是职业院校进行数控机床维修实践教学及技 能培训具有重要的指导作用。关键词: 斗笠式刀库; 自动换刀; 组态软件中图分类号: TH17文献标识码: B文章编号: 1001 3881 (2012) 8 053 3Development of Cloaks Knives Storeroom Control Configuration SystemNIU Zhibin( Shanxi Institute of Mechanical Electrical Engineering，Changzhi Shanxi 046011，China)Abstract: The overall design of cloaks knives storeroom automatic tool-change control configuration system was exposited Dy- namic monitoring to the automatic tool-change process was realized The configuration system is very important for CNC maintenance staff to remove the automatic tool-changing system failure immediately，while it provides guidance for CNC machine skills training or practice teaching in vocational schoolsKeywords: Cloaks knives storeroom; Automatic tool-change control;Configuration software加工中心自动换刀控制过程较为复杂，实际使用中故障率较高，因此如何尽快定位故障点，及时掌握 CNC、PLC 及换刀辅助机构的运行状态尤为重要。利 用组态软件开发自动换刀控制组态系统，可以实现该 功能。作者选用北京亚控公司开发的组态王软件，实 现了对加工中心斗笠式刀库自动换刀动作的动态监 控。具体方法是在电脑中安装组态王软件及 S7-200PLC 驱动程序，用通讯线与 SINMUMERIK 802D 数控图 1 通讯电缆接线方法组态王软件及 S7-200 PLC 驱动安装及通讯( 2)参数设定系统内装 PLC( S7-200)建立通信连接; 开发自动换刀控制组态系统，建立控制界面，在组态界面中设置各个控件的属性，使设置的控件按照自动换刀实际运 行情况动作，从而实时动态监控 PLC、刀库、主轴和 其他辅助换刀机构的动作及 PLC 的运行状态。具体 步骤说明如下:在上位机中安装组态王软件及 S7-200 PLC 的设备驱动程序，并正确设置通讯协议。S7-200 PLC 的通 信协议主要有 PPI 协议、MPI 协议、PROFIBUS 协议 和自由口协议等几种，用户可以根据硬件实际配置进 行选择。该组态系统利用 PPI 协议，以建立 S7-200PLC 和组态王软件 ( 上位计算机) 之间的通信。具 体方法见下文。2 斗笠式刀库自动换刀系统的组态设计组态王软件与 S7-200 PLC 之间的通信( 1) 上位计算机与 PLC 之间的硬件连接 将通讯电缆的一端连接到上位计算机的串口，另一端与 802D 数控系统 ( S7-200 PLC) 的 RS-232C 接 口 X6 连接。通讯电缆接线方法如图 1 所示。1建立新组态工程的一般过程是:( 1)设计组态系统图形界面; ( 2) 定义硬件设备; ( 3 ) 构造数据库收稿日期: 2011 04 01作者简介: 牛志斌 ( 197l) ，男，工学硕士，副教授，技师，主要研究方向为数控机床维修、数控技术、CAD CAM 技术。E mail: sxjd5360 sina. com。54机床与液压第 40 卷( 定义变量) ; ( 4) 建立动画连接; ( 5) 运行和调试。( 1)工程建立启动 “组态王” 工程管理器，选择菜单 “文件 新建工程”，单击 “下一步”，根据提示依次输入存 放新工程的路径及新工程名称 “刀库”，点击 “完 成” 后，系统提示是否将该工程作为当前工程，点 击 “是” 进入工程浏览器界面，如图 2 所示。至此 完成新工程的创建，刀库自动换刀控制监控画面需在 开发系统中建立。图 4 通信参数设定( 3) 构造数据库选择工程浏览器左侧目录树 “数据库 数据词 典”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击 “新建” 图 标，弹出 “定义变量” 对话框，根据表 1 所示 PLC 输入输出 I / O 地址分配表，分别对数据变量进行定 义，如图 5 所示，并最终完成数据库的构造。表 1PLC 输入输出 I / O 地址分配表图 2 工程浏览器界面( 2) 设备选择及通信参数设置在工程浏览器中，点击左侧目录树的 “系统 设备”，双击 “新建” 图标，出现 “设备配置向导” 对话框，依次选择 “PLC 西门子 S7-200 系列 PPI 下一步”，如图 3 所示。 “设备配置向导” 对话 框中，分别设置要安装设备的逻辑名称、连接的串口 “COM1” 或 “COM2 ”、指定地址 “0 ” 及出现故障 时恢复 时 间 间 隔 等 参 数。 然 后 双 击 左 侧 目 录 树 的 “系统 设备 COM1 或 COM2 ”，对通信参数进行设 置，如通讯方式、波特率、奇偶检验、数据位、停止 位等，具体设置如图 4 所示。图 5 定义变量的对话框监控窗口的设计及动画连接( 4)选择工程浏览器左侧目录树 “文件 画面”，用鼠标左键双击右侧 “新建” 图标，弹出 “新画面” 对话框，输入画面名称，建立新的窗口。利用开发系 统中绘图工具分别绘制图 6 所示刀库监控画面窗口、 图 79 所示 PLC 监控画面窗口，并将窗口内生成图图 3“设备配置向导” 对话框输入 名称输出 名称I1. 2 刀号清零I1. 3 刀库前限位I1. 4 刀库原位 I1. 5 刀号计数 I1. 6 紧刀I1. 7 松刀Q0. 6 松刀Q0. 7 紧刀Q1. 0 刀库正转 Q1. 1 刀库反转 Q1. 2 刀库返回 Q1. 3 刀库前进55第 8 期牛志斌: 斗笠式刀库自动换刀控制组态系统的开发形对象与数据库的数据变量之间建立关系，当变量的值改变时，在画面上以图形对象的动画效果表示出 来。具体步骤限于篇幅，不再详细说明。的运行。如图 7 所示，可以监控刀库换刀位置刀号、主轴 刀号、刀库当前移动位置、刀具松紧状态及主轴位 置。如图 8 所示，对整个换刀过程进行监控，显示当 前换刀动作状态，图中为主轴紧刀工作。如图 9 所示，对系统工作状态进行监控，如 PLC 运行状态、RS232C 接口是否选择、换刀状态及换刀 是否结束等。图 6刀库监控画面窗口图 9 PLC 监控画面窗口三3 结束语该斗笠式刀库自动换刀控制组态系统主要有以下 创新点:利用组态软件实现了对自动换刀动作的在线监 控，生动、直观地展现了换刀动态过程，便于技术维 修人员和学生观察自动换刀机构及 PLC 的运行状态， 尽快定位故障点、排除故障，同时也为广大职业院校 快速高效地开展数控维修技术实践教学，提供了开 放、生动的实验、实训条件。目前已取得较好的教学 效果。参考文献:【1】西门子公司 SIMATIC S7-200 可编程控制器系统手册M 2007【2】北京亚控科技发展有 限 公 司 组 态 王 6. 5 使 用 手 册M 2007【3】北京西门子( 中国) 有限公司 SINUMERIK 802D 简明调 试手册M 2008【4】邓昌奇，熊德琴，张立斌 加工中心换刀程序的研究 J 机床与液压，2004( 11) : 108 109【5】李体仁，张淳，夏田 立式加工中心刀库刀套的改进设计J 机床与液压，2004( 1) : 143; 84【6】张楠，李强，秦建国 斗笠式刀库换刀过程的控制J机械制造与自动化，2006( 4) : 106 107【7】刘炜 数控加工中心自动换刀系统J 机床与液压，2005( 5) : 58【8】童文利 斗笠式刀库的换刀过程控制原理与设计J组合机床与自动化加工技术，2003( 7) : 54 55图 7PLC 监控画面窗口一图 8PLC 监控画面窗口二( 5)运行与调试在组态王开发系统中选择 “文件 切换到 View”菜单命令，进入组态王运行系统。在运行系统中选择 “画面 打开” 命令，从 “打开画面” 窗口选择 “刀 库” 画面，即显示出已开发完成的加工中心斗笠式 刀库自动换刀动态监控系统画面。在加工中心上执行 自动换刀命令，调试并监控动作执行状态。图 6 为刀库换刀监控界面，可以监控刀库选刀( 正转、反转) 、刀库运动 ( 前进、返回) 、刀具状态( 主轴紧刀、松刀) 、z 轴运动 ( 上升、下降) 等动作