數(shù)控機床信息化接口建設(shè)的關(guān)鍵點分析

葉繼軍

（江蘇省江陰中等專業(yè)學校，江蘇無錫 214433）

0 引言

數(shù)控機床作為當前制造行業(yè)最重要的裝置之一，不僅具有精度高、高質(zhì)量以及高效率等特點，還可以有效降低生產(chǎn)成本和資源浪費現(xiàn)象。隨著經(jīng)濟與社會的不斷發(fā)展，以信息化為基礎(chǔ)的第4 代工業(yè)革命已經(jīng)逐漸拉開帷幕。美、德、日等西方發(fā)達國家將數(shù)控機床信息化建設(shè)提上的日程，旨在希望能將信息化更好的應(yīng)用到生產(chǎn)工作中，促進工業(yè)效率的提升。

1 數(shù)控機床信息化接口建設(shè)與實現(xiàn)的方法

1.1 信息化接口需求提出

國內(nèi)某數(shù)控機床生產(chǎn)企業(yè)為有效提升數(shù)控機床生產(chǎn)效率，實現(xiàn)對數(shù)控機床自動化數(shù)據(jù)信息的收集與處理，與通用智能設(shè)備提供商（CE 智能平臺）簽訂“Proficy”數(shù)控機床生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)訂單，并對該企業(yè)的3 號數(shù)控機床生產(chǎn)廠房實施和開展MCIS（Motion Control Information System，運動控制信息系統(tǒng)）項目。目前，該企業(yè)擁有LGMazak 數(shù)控機床32 臺，其中QTN 型號24臺、VCN 型8 臺。

該通用電氣智能設(shè)備提供商實施的MCIS 項目對LGMazak數(shù)控機床信息化接口建設(shè)的設(shè)計與實現(xiàn)要求如下：

（1）CNC 程序管理。主要用于數(shù)控機床加工程序的傳輸管理；數(shù)控機床信息讀取和遠程操作。

（2）信息化接口設(shè)計具體要求：MCIS 項目可以與數(shù)控機床PLC 之間完成通信；通過MCIS 輸入數(shù)控機床數(shù)據(jù)信息，完成對數(shù)控機床的遠程控制，如啟動、停止和復(fù)位等。

（3）MCIS 項目讀取數(shù)控機床數(shù)據(jù)信息，包括數(shù)控機床的使用狀態(tài)、自動線狀態(tài)、人工呼叫以及工件計數(shù)等。

1.2 通信接口建設(shè)

（1）MCIS 項目程序管理目標的實現(xiàn)：由于LGMazak 數(shù)控機床的CNC 系統(tǒng)內(nèi)置網(wǎng)卡接口，具有重要的數(shù)據(jù)信息傳輸功能。

（2）數(shù)控機床數(shù)據(jù)信息讀取與遠程操作。由于LGMazak 數(shù)控機床PLC 沒有外置通信接口，無法實現(xiàn)與CC-Link（Control 2 Communication Link，控制與通信鏈路）之間的通信。所以，該通信接口的設(shè)計擬增加一套支持CC-Link 通信能力的PLC 實現(xiàn)LGMazak 數(shù)控機床PLC 和MCIS 的通信。考慮到歐姆龍CP1LEL20DR-D 型的PLC 具有實用、操作便捷以及高效等的特點，故選用該型號的PLC 實現(xiàn)與數(shù)控機床的通信功能（圖1）。

圖1 PLC 數(shù)控機床

1.3 硬件電路

在實際操作環(huán)節(jié)，Modem 數(shù)控機床PLC 擴展需要通過一根電纜線與歐姆龍PLC 連接（圖2），將其安裝于數(shù)控機床電柜的內(nèi)部，接口通過與歐姆龍PLC 數(shù)控機床遠程操控模式的切換，實現(xiàn)對數(shù)控機床啟動、使用、停止和復(fù)位4 個信號的輸入。其中，有3 個接口是該數(shù)控機床預(yù)留好的3 個信號，隨著Modem 項目的不斷深入，可以實現(xiàn)更多關(guān)于MCIS 數(shù)控機床的功能。

圖2 Modem 對PLC 的遠程監(jiān)控

Modem 操作平臺通過對某一臺數(shù)控機床的調(diào)用實現(xiàn)遠程操作，信號借助以太網(wǎng)交換機傳輸給與之相對應(yīng)的歐姆龍PLC，歐姆龍PLC 再將該信號通過IO 的方式發(fā)送給數(shù)控機床PLC，作為數(shù)控機床的一個輸入信號，從而不斷完善MCIS 遠程操作數(shù)控機床的功能，部分接口是數(shù)控機床信息化接口設(shè)計的輸出信號，這些信號作為歐姆龍PLC 的重要信號，經(jīng)過PLC 將該信號輸出，通過以太網(wǎng)交換機發(fā)送于Modem，實現(xiàn)對該數(shù)控機床信息化接口的建設(shè)目標。

2 數(shù)控機床信息化接口設(shè)計方案分析

數(shù)控機床信息化接口設(shè)計作為整個數(shù)控機床建設(shè)的關(guān)鍵所在，直接關(guān)系著數(shù)控機床自身的運行效率和質(zhì)量，在對控機床信息化接口設(shè)計方案中，以某數(shù)控機床生產(chǎn)企業(yè)LGMazak 信息化設(shè)計為主要研究對象，對其信息化接口設(shè)計進行分析。

2.1 信息化接口設(shè)計原則

數(shù)控機床信息化接口設(shè)計過程中，應(yīng)遵循節(jié)能、綠色、環(huán)保等設(shè)計原則，以此保證信息化建設(shè)的高效性，最大程度上提升信息化接口建設(shè)的效率。

（1）合理化原則。數(shù)控機床信息化結(jié)構(gòu)設(shè)計中合理性原則的運用，可以保證信息化接口設(shè)計更加有效。

（2）節(jié)能性原則。節(jié)能性原則也是該數(shù)控機床信息化接口建設(shè)過程中應(yīng)遵循的原則之一，該原則可以保證和促進LGMazak數(shù)控機床在未來的使用過程中更加高效與節(jié)能。

2.2 信息化接口需求改造

數(shù)控機床進行信息化接口建設(shè)，還應(yīng)當根據(jù)LGMazak 數(shù)控機床在具體運行過程中的實際情況制定信息化接口建設(shè)目標，這也是對該數(shù)控機床信息化接口功能需求的滿足。在本次建設(shè)工作中，主要對2 臺LGMazak 數(shù)控機床的通信、數(shù)據(jù)信息獲取以及各項功能的完善進行詳細分析（表1）。

表1 LGMazak 數(shù)控機床信息化接口建設(shè)情況

2.3 硬件設(shè)計

數(shù)控機床信息化建設(shè)接口，硬件是其中的一個重要組成部分，硬件設(shè)計即可以在一定程度上提升該數(shù)控機床運行效率，又能保證數(shù)控機床運行更加安全與高效。以LGMazak 數(shù)控機床為主要研究對象，對該數(shù)控機床硬件設(shè)計流程進行系統(tǒng)分析，具體如下：

（1）該數(shù)控機床硬件設(shè)計主要為PLC 系統(tǒng)硬件設(shè)計，PLC系統(tǒng)作為整個數(shù)控機床的重要組成部分，在一定程度上直接決定數(shù)控機床的運行的可行性。為此，在對數(shù)控機床硬件設(shè)計中，可以將歐姆龍PLC 作為LGMazak 數(shù)控機床硬件設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，大量實踐證明：歐姆龍PLC 硬件自身具備較高的運行效率和控制能力。

（2）PLC 在LGMazak 數(shù)控機床硬件設(shè)計工作中，PLC 應(yīng)當通過對接口進行具體的應(yīng)用，以此提升信息化接口建設(shè)的實效性，通過硬件設(shè)計保證接口設(shè)計的合理性與科學性。在硬件設(shè)計過程中，PLC 接口擬設(shè)計8 個硬件接口，MCIS 項目擬設(shè)計4 個接口，以此實現(xiàn)對整個數(shù)控機床遠程狀態(tài)下的啟動和停止，最大程度上提升信息化接口建設(shè)的可行性。

2.4 PLC 程序設(shè)計

數(shù)控機床進行信息化建設(shè)還包含對PLC 程序的建設(shè)，保證程序建設(shè)的合理性，在數(shù)控機床PLC 程序設(shè)計工作中，主要對歐姆龍PLC 完成設(shè)計，其中包括模式切換設(shè)計、啟動設(shè)計、停止設(shè)計以及程序復(fù)位等諸多方面的內(nèi)容，切實提升數(shù)控機床運行效率，保證數(shù)控機床歐姆龍與信息化接口的融合。同時，還要對該數(shù)控機床啟動功能鍵進行更進一步的優(yōu)化與完善，比如可以將其啟動輸入信號設(shè)置為輸入1，代表的是數(shù)據(jù)信息指令。

2.5 設(shè)計應(yīng)用分析

數(shù)控機床信息化接口設(shè)計工作中，通過MCIS 項目與LGMazak 數(shù)控機床的有機結(jié)合，對該機床的啟動、使用、停止和復(fù)位進行具體的分析。

（1）在對機床的控制工作中，分別對機床在使用狀態(tài)下的數(shù)據(jù)信息進行采集，證明LGMazak 數(shù)控機床接口建設(shè)的科學性與合理性。

（2）在具體的設(shè)計工作中，如果該機床中的某個設(shè)備或者系統(tǒng)出現(xiàn)損壞，該機床就會自動發(fā)出報警信號，故障點也會在MSIS 系統(tǒng)中直接顯示出來，證明LGMazak 數(shù)控機床信息化接口建設(shè)的可行性。

（3）在對該數(shù)控機床信息化接口的功能、作用和效益的分析過程中，對不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸進行檢測，注重和加強對數(shù)據(jù)信息的獲取，對該數(shù)控機床接口的可行性進行驗證，實踐表明：LGMazak 數(shù)控機床信息化接口建設(shè)可行，可以正常投入使用，對于數(shù)控機床生產(chǎn)能力、質(zhì)量保證具有重要的現(xiàn)實意義。

3 結(jié)語

數(shù)控機床信息化接口設(shè)計對于數(shù)控機床行業(yè)領(lǐng)域的健康與可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的現(xiàn)實意義，以LGMazak 數(shù)控機床信息化接口建設(shè)為主要出發(fā)點，分別從信息化接口需求提出、通信接口建設(shè)以及硬件設(shè)計3 個方面對其建設(shè)方案進行詳細分析與探討，旨在為更多的數(shù)控機床信息化接口建設(shè)提供理論支撐與科學依據(jù)。