數控機床電氣中的HMI控制系統研究

摘要:文章從機床加工系統的電氣系統結構及功能、功能部件、HMI上位機、鎖相伺服控制系統、進刀系統操作及運行說明等諸多方面，對數控機床電氣中的HMI控制系統進行了全面地論述。文章最后通過對HMI控制系統的詳細闡述，從中還介紹了HMI控制系統的運行、操作、維護以及通訊等相關的說明。

關鍵詞:數控機床 電氣控制 HMI系統

HMI是機床完美的自動控制系統。無論是對于小型車間加工，還是大量的成批生產，HMI都是數控機床電氣系統的最佳選擇。HMI和SIMODRIVE可以被廣泛應用于汽車工業、模具制造業、航空制造業、消費類物品制造業、能源和動力設備制造業等制造自動化領域，HMI控制系統都能夠充分滿足在各種領域內的具體要求。同時，本地化的研發和生產將使HMI數控產品更加貼近中國市場，滿足廣大用戶的需求。我們還致力于中國數控加工領域的人才培養事業，HMI數控教育培訓軟件已成為大專院校、職業學院進行數控教學的有力工具。 

1 電氣系統結構及功能

1.1 控制電機?？刂齐姍C主要用于對控制信號進行傳遞和變換，要求有較高的控制性能，如反應快、精度高、運行可靠等；而一般普通旋轉電動機主要用于能量變換，要求有較高的性能指標?？刂齐妱訖C在自動控制系統中通常作為執行元件、檢測元件和解算元件，具有體積小、功率小等特點。按功能分：測量、放大、執行、校正電動機四種。

1.2 電氣系統功能結構框圖。

系統功能結構圖如圖1所示。 

HMI上位機經串行通訊總線將機床控制、電子鎖相伺服控制、進刀控制等系統連接，通過HMI上位機及操作臺發送控制命令、傳送和接收數據信息，從而控制砂輪主軸(B軸)和工件主軸(C軸)、砂輪徑向進給軸(X軸)、砂輪切向進給軸(Y軸)、工件架齒向走刀軸(Z軸)的聯動運行，實現對齒輪的精確磨削。 

2 功能部件說明 

2.1 HMI上位機。HMI上位機采用嵌入式一體化觸模式工控機，具備RS485、 RS232、網口、USB等多種接口，便于今后的功能擴展，本項目主要考慮采用RS485口(內部含光電隔離)。軟件部分采用windows CE平臺下的組態軟件，這樣不需要進行底層驅動軟件的開發(部分僅針對PLC的通信驅動軟件需自己開發)，介面具有動態畫面效率，人機交互信息更具親合力。主要功能包括:基本參數設置，操作及運行控制，報警信息顯示及查詢，實時狀態信息和廠商信息顯示等。 

2.2 鎖相伺服控制系統。鎖相伺服控制系統是本數控機床的核心部分，控制被磨削齒輪與蝸桿砂輪轉速的精確同步運轉。該系統是一個帶位置反饋的自動控制系統，系統的基本原理是利用輸出量反饋給輸入端的信號與輸入給定值的偏差值，使系統產生控制調節量去抵消運行誤差和擾動的作用，以保持輸出量在一定精度范圍內跟蹤給定量。根據反饋量的不同，可以構成不同的控制系統，當引入頻率或相位反饋時，構成我們所稱的鎖相伺服控制系統。其控制原理圖如圖2所示。

2.3 進刀系統。進刀控制系統主要由進刀控制裝置(包括:X/Y/Z軸進刀運動控制電路板)、X/Y/Z軸伺服包、X/Y/Z軸驅動電機和相配套的光柵等組成，運動控制器通過RS485/RS422串行通訊總線與上位機連接，收發相關的命令、數據、狀態信息等參數，從而控制X/Y/Z軸電機完成相應的運動。 

3 使用說明

3.1 操作及運行說明。開機之后，上位機進入用戶登錄窗口，操作人員輸入用戶名，密碼，進入主界面。主界面提供“工作主界面”和“系統功能管理”兩部分功能。系統管理包括 [退出登錄]、[登錄用戶]、[用戶管理]、[退出系統]和[修改密碼]組成。 

主界面由四部分組成:信息欄，菜單欄，操作欄，報警與時間信息顯示欄。信息欄:顯示當前設置的參數和系統當前的狀態信息；菜單欄:菜單欄位于界面最下面，用來控制各界面間的切換，點擊即可進入相應界面；操作欄:各軸目標位的設置和相關動作的設置；時間與報警信息顯示欄:顯示當前的日期、時間和報警信息。 

3.2 使用維護說明。本數控系統具備自診斷功能，并且提供解決方案(會在數控界面控制中顯示)，供用戶參考。廠商信息為系統內部數據轉換監視與圖紙查看窗口，在系統調試時，可以根據廠商信息窗口實時監視各部件信號是否正常，以方便調試。 

4 結語 

本文設計了一種基于HMI控制的數控機床電氣控制系統，按部件對其進行了簡單的介紹說明。

參考文獻 

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