基于CAN總線技術的數據采集模塊在CKA6136系列臥式數控車床上的應用研究

殷紅梅，劉利宏，張欽

(淮安信息職業技術學院，江蘇淮安223003)

現場總線是當今自動化領域技術發展的方向之一，被譽為自動化領域的計算機局域網。CAN(Controller Area Network)屬于現場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。CAN 總線的應用范圍遍及從高速網絡到低成本的多線路網絡，廣泛應用于控制系統中的各檢測元件和執行機構之間的數據通信。在數控機床中，控制系統部分通過多個伺服單元控制機床的運動，有很多信號線部落在機床上的操作臺、液壓系統、刀庫、主軸變擋、工作臺限位系統，布線安裝繁瑣，調試時間長，工作效率低，加之布線密集、復雜，加上，電纜易老化，機床在長期的運行中經常會出現短路等不正常狀態甚至損壞。

文中運用CAN 總線技術，以大連機床廠生產的CKA6136 系列數控臥式車床為平臺，將CAN 總線技術創新性的運用到該機床中，制作一種數控機床用CAN 遠程信號采集模塊，取代控制線，解決機床在工作時的布線繁冗、穩定性不夠等問題，以提升機床的精度與穩定性。

1 CKA6136 機床電氣控制概述

CKA6136 數控臥式車床主要承擔各種軸類及盤類零件的半精加工及精加工，采用雙速電機加電磁離合器，可實現手動三擋，擋內自動變速的功能。該型號的電氣控制系統是由CNC 控制部分、交流伺服驅動部分及中、強電控制部分構成。伺服驅動單元、CNC 控制單元構成半閉環控制，使機床加工、定位精度高;CNC 控制部分、伺服驅動單元部分采用日本FANUC 公司的產品，使機床性能優越，PLC內附于CNC 內部，使得機床運行更加可靠、穩定，達到高精度、高效率。該機床控制系統框圖如圖1所示。

圖1 機床控制系統框圖

2 CKA6136 車床使用數據采集模塊情況詳述

2.1 數據采集模塊設計思路

根據CKA6136 車床的電氣原理圖得知該機床的電氣的主要部分由主軸控制單元、刀架進給控制單元、冷卻控制、電源控制等部分組成，基于CAN 總線的工作模式，采用14 塊遠程控制數控采集模塊來控制機床的電氣部分，分別為00#－01# 、02#－03#、04#－05#、06#－07#、08#－09#、10#－11#、12#－13#等7 塊16 路DI 雙向CAN 從站模塊以及03#、05#、07#、09#、11#、13#等7 塊16 路DO 繼電器從站模塊。下面分別介紹上述模塊在運行的作用。

(1)00#－01# 與01#從站模塊。該對模塊主要實現液壓卡盤與液壓尾架的夾緊與松開功能，成型模塊示意圖如圖2。

圖2 00#－01# 與01#從站模塊示意圖

(2)02#－03#與03#從站模塊。該對模塊主要實現主軸正反轉、停止功能與手動軸X、Z 的快速選擇及方向判定功能，其成型模塊示意圖如圖3。

圖3 02#－03# 與03#從站模塊示意圖

(3)04#－05#與05#從站模塊。該對模塊主要實現速度倍率的控制，包括進給速度與主軸轉速，此外，還可以實現循環啟動與停止功能以及照明功能。其成型模塊示意圖如圖4。

圖4 04#－05# 與05#從站模塊示意圖

(4)其他模塊。由于研制做原理相同，其它模塊簡述如下:06#－07#與07#從站模塊設計實現回零功能，包含X 軸與Z 軸以及主軸精確速度的調整與控制。08#－09#與09#從站模塊設計實現空運行、機床鎖定、冷卻、軸的選擇、進給倍率控制、程序保護、單段控制、DNC 運行以及急停等功能，10#－11#與11#從站模塊設計實現回參考點(X 軸、Z 軸)、卡盤內外卡的選擇、檔位開關信號選擇的功能。12#－13#與13#從站模塊設計實現自動運行、MDI、編輯、手搖、輔助、跳選、卡盤夾緊提示、尾座夾緊提示等功能。

2.2 采集模塊主從站工作方式

以主站為中心對多個從站的數據做出采集并以CAN 通訊方式傳輸，從站根據信號的格式需要選擇被采集的信號源分布設備角落以高速映射的方式對主站映射數據，主站打包傳送到上位機PLC。其中，CAN 遠程信號采集模塊在沒有上位機PLC 的情況下運行，主站和從站組成獨立的采集系統進行數據映射。從站模塊把外設的I/O 信號打包壓縮后通過CANBUS 高速映射上傳到主站網關BH-320，BH-320再通過MODBUS 把所有站或其中幾個站的外設信號一次同時上傳到PLC 或PC;PLC 或PC 一次同時把所有外設輸出信號通過MODBUS 下傳到BH-320，BH-320 通過CANBUS 高速映射下傳到從站模塊(BH-16DI)輸出到外設。其主從站示意圖如圖5，高速映射原理圖如圖6。

圖5 主從站映射示意圖

圖6 主站BH-320 與從站之間的高速映射原理圖

根據CKA6136 臥式數控車床的電氣控制情況與數據采集模塊的工作原理得出最終主從站之間的實際連接方式，如圖7所示。

CAN 遠程信號采集模塊映射是對沒有上位機通訊方式操作，解決現場電控和設備距離遠、電線多、壓降大等問題，映射的組成是數字量和模擬量的映射。將此模塊運用在數控機床中，即可以達到信號準確、通訊速度高、維護方便、降低成本等目的。

圖7 主從站連接示意圖

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