斗笠式刀库自动换刀控制组态系统的开发

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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 － 3 Development of Cloaks Knives Storeroom Control Configuration System NIU 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 schools． Keywords: 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 S7-200 PLC 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 S7-200 PLC 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 1 PLC 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 7─9 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 7 PLC 监控画面窗口一 图 8 PLC 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