嵌入式精密內網磨削數控系統集成PLC控制解析

譚字碩

目前嵌入式精密內圓磨削數控系統已經在生產中得到廣泛應用，為了提高系統運行效率，需要對其展開深入研究。文章針對嵌入式精密內圓磨削數控系統，以西門子PLCS7-200為例，從硬件結構以及軟件設計兩個方面闡述了集成PLC控制這一目標的實現，目的在于提高系統運行穩定性。

PLC技術本身對外封閉，不同生產廠家所成產的PLC硬件平臺存在一定的差異性，這種差異性也體現在PLC語言上，價格較高。展開嵌入式精密內圓磨削數控系統集成PLC控制設計，主要目的是基于傳統硬件PLC結構、基本功能，研發軟PLC程序，進而實現在嵌入式硬件平臺中以軟件控制機床I/O量。應用plc技術后，功能更加全面，工作效率更高，這與應用plc技術之前性鮮明對比，真正提高了設計先進性與科學性。

1硬件結構

1.1結構組成

嵌入式精密內圓磨床數控系統的硬件結構包括如下內容：工業級觸摸屏；嵌入式數控裝置；進給伺服系統；主軸控制系統；PLC控制接口電路。觸摸屏、嵌入式ARM處理器主要通過RS-232來實現彼此之間的通信，將變頻器驅動電主軸作為砂輪的主軸，以ARM對變頻器頻率輸出進行精準控制，使用三菱伺服電機，將其當做XZ軸進給驅動裝置，隨之開發接口電路，連接ARM處理器和伺服驅動器。

1.2 PLC控制接口電路

利用口轉換電路，將機床開關量和ARM處理器通用I/O口進行連接，以PLC軟件程序控制邏輯運算。按照控制信號的具體流向，將PLC控制接口電路劃分不同的模塊，具體包括信號輸入模塊、信號輸出模塊、公共模塊三種。

2軟件設計

嵌入式精密內圓磨削集成PLC軟件主要包括三個部分，即人機交互界面軟件、MODBUS協議軟件、PLC控制軟件。其中，人機交互界面軟件獨立存在，主要是對加工過程進行控制，針對嵌入式數控系統發出指令，并且接收數控系統傳送的反饋命令，實時監督加工狀態；MODBUS協議則負責人機交互界面、嵌入式數控系統之間的連接，負責制定通信規則以及訪問機制。

2.1人機交互界面軟件

針對人機交互界面軟件，設計階段主要應用組態軟件ADP6.0，按照不同的功能，劃分開發流程：機床狀態調整，其中包括電主軸、氣壓、靜壓、冷卻泵、按鈕、指示燈等；砂輪修整，包括位置、量、速度的修整以及數值輸入與顯示；加工參數設置，包括快速推進速度、形成軟件極限、主軸轉速設置數值輸入與顯示；自動加工，包括加工啟停、位置坐標、加工代碼以及文數字顯示、按鈕指示燈等。

第一步，分解精密內圓磨床加工功能模塊，使功能模塊與觸摸屏加工頁面相對應；第二步，分析每一個功能模塊頁面控制需求，明確實際控制量；第三步，將實際控制量轉變成為觸摸屏控制元件實體，針對控制元件地址編碼，設置空間布局；第四步，已經完成設計的界面軟件需要對其進行整體編譯、離線模擬以及在線聯機調試。

2.2 MODBUS協議軟件

MODBUS協議可以傳輸ASCII碼、二進制格式數據，在該系統中建議使用ASCII碼傳輸。設計過程中，將觸摸屏當做協議主站，ARM是從站，由主站向從站定時傳遞請求信息幀，其中包含請求數據錄入與讀取，從站接收了主站發送的請求信息幀之后，便可以對數據幀譯碼解釋，校正其中是否存在錯誤，隨即進行處理。ARM處理觸摸屏發送信息主要以中斷接收這一形式為主，可以降低ARM處理器工作壓力，使加工更加穩定。基于FIFO工作模式進行UA RT的編程設置，為了避免中斷影響加工操作，建議將串口中斷觸發水平設置成16個字節。

2.3 PLC軟件

嵌入式精密內圓磨削數控系統中的PLC程序設計，負責人機交互界面、機床開關量所有信息交互與計算。可以在數控系統內存內設置6個寄存器緩沖區，其中B是寄存器，負責PLC系統和人機交互界面通信所有開關量信號的儲存；W為寄存器，負責PLC系統、人機交互界面通信所有字符型數據的儲存；G是寄存器，負責人機交互界面向數控系統加工傳送G代碼的儲存；R是寄存器，負責保存PLC系統、數控系統交互信息的儲存；0為寄存器，負責PLC系統輸出至機床所有開關量信號的儲存；I為寄存器，負責機床向PLC系統傳輸開關量信號的儲存。

人機交互界面中所有元件主要有兩種形式，即位地址元件、字節地址元件，其中位地址元件的編址范圍是1～1024，而字節地址的編址范圍則是40001～41024，這2種元件主要應用順序編址，注意不能出現重復的現象，若字節地址元件應用雙字節，需要隔位編址。位地址、字節地址對應的是數控系統中B、W兩個寄存器。按照開關量信號控制提出的不同實時性需求，PLC控制軟件通道可以有2個，即plcl、plc2。其中plcl循環執行周期是16ms，即為快速通道，負責處理一些實時性要求比較嚴格的開關量信號，而plc2循環執行周期是32ms，即為慢速通道，負責處理實時性要求比較低的開關量信號。

綜上所述，應用plc技術后，數控機床PLC能夠連接NC與機床，全面提高可性價比、運行穩定性，這對于嵌入式精密內圓磨削數控系統的研究與開發而言有重要作用，使設計更為先進與科學。