專利名稱：數(shù)控機床控制程序模塊化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動控制領(lǐng)域，用于數(shù)控機床控制及運動控制的控制程序模塊化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在數(shù)控機床的控制過程中往往需要進行大量的控制程序編制工作，而目前傳統(tǒng)的編程方法和先進的控制應(yīng)用要求之間形成了一個矛盾。目前控制程序質(zhì)量的檢驗沒有明確統(tǒng)一的標準，實際工程中，往往依據(jù)最后執(zhí)行的結(jié)果來判定控制質(zhì)量，結(jié)果控制程序編制成為了一件很個性化的工作，各自的控制程序有很大的隨意性，給數(shù)控機床控制程序的互相交流造成了較大的障礙，當將一個數(shù)控機床硬件結(jié)構(gòu)劃分為幾個不同的功能部分，由不同的人員分別進行編程時，這種情況更為嚴重。這種狀態(tài)極大妨礙了控制程序編制水平的提高以及后期的生產(chǎn)調(diào)試及設(shè)備維護，同時數(shù)控機床的控制效果也很難在編程層次得到良好的保障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是設(shè)計一種數(shù)控機床控制程序模塊化系統(tǒng)，將控制程序存入通用的模塊內(nèi)，提高數(shù)控機床的生產(chǎn)效率及減少數(shù)控機床的故障率，增強數(shù)控機床在實際使用過程中的可靠性。一種數(shù)控機床控制程序模塊化系統(tǒng)，數(shù)控機床人機界面通過MPI總線、數(shù)控系統(tǒng)伺服單元分別通過驅(qū)動總線及設(shè)備總線與數(shù)控系統(tǒng)NCU單元聯(lián)通，數(shù)控系統(tǒng)NCU單元通過 profibus總線聯(lián)通輸入、輸出模塊，其特征在于把數(shù)控機床控制系統(tǒng)的各個功能程序封裝在各個功能模塊內(nèi)，在PLC基座中的各模塊的輸入、輸出端通過數(shù)據(jù)總線及電源總線與數(shù)控系統(tǒng)PLC處理器和電源模塊的各腳相互對應(yīng)連通；本系統(tǒng)的PLC內(nèi)部存儲設(shè)置功能選擇參數(shù)數(shù)量核對模塊，作為功能選擇參數(shù)的標準量；輸入信號映射模塊將實際的輸入信號賦值給PLC內(nèi)部的存儲區(qū)，并根據(jù)需要做相應(yīng)的邏輯處理；基本功能庫模塊是包含了數(shù)控機床功能分解后所對應(yīng)的各個子功能的控制邏輯程序，調(diào)取PLC內(nèi)部的存儲數(shù)據(jù)與系統(tǒng)啟動模塊、軸控制模塊及輔助功能選擇模塊進行數(shù)據(jù)處理、作相應(yīng)功能的選擇與啟動；輸出信號映射模塊用于將系統(tǒng)啟動模塊、軸控制模塊、輔助功能選擇模塊的邏輯運算結(jié)果通過中間存儲變量賦值給實際設(shè)備中的執(zhí)行單元。本發(fā)明的貢獻是將NCU單元內(nèi)的數(shù)控機床控制程序分解為各個功能單元后存入模塊內(nèi)，通過在HMI人機界面上的功能選擇來調(diào)用相關(guān)的功能模塊，需要補充或修訂某一功能程序時，只要修改該功能模塊，而不用重新編制或修改數(shù)控機床的全套控制程序即可實現(xiàn)數(shù)控機床的生產(chǎn)調(diào)試與設(shè)備維護，將程序控制系統(tǒng)的編制修訂簡化成像更換標準電子元件一樣簡單。突出優(yōu)點是1.模塊化編程方法是根據(jù)控制要求把數(shù)控機床控制程序需要完成的控制任務(wù)劃分為幾個較小功能塊，然后對每個功能塊分別進行編程，這樣各模塊之間相對獨立、功能單一，具有清晰的程序結(jié)構(gòu)，就大大降低了難度，避免了重復(fù)勞動，同時獲得了較高的程序質(zhì)量。2.模塊化編程使得程序結(jié)構(gòu)良好，具有很好的可讀性，易于后期的維護。這種方式對輸出數(shù)據(jù)具有保護作用，模塊之間通過中間變量傳遞數(shù)據(jù)，各自的點號都被良好地封裝到了各自的模塊中，比如，輸出到設(shè)備的點號只通過輸出信號映射單元來進行操作，這樣大大提高了設(shè)備的安全性，可以防止因為程序混亂造成的誤動作。模塊化編程具有良好的可移植性，只要稍加修改，就可以應(yīng)用到同類型的控制中。3.在模塊化編程的機床上，利用輔助功能選擇模塊可以快捷的實現(xiàn)某一項功能的選擇與啟動，同時也可以完成相同功能由于結(jié)構(gòu)和配置所造成的控制邏輯有差別的模塊單元選擇，節(jié)省了控制程序編制與調(diào)試的時間。4.控制程序具有很好的可讀性，易于后期的維護。這種方式對輸出數(shù)據(jù)具有保護作用，模塊之間通過中間變量傳遞數(shù)據(jù)，各自的點號都被良好的封裝到了各自的模塊中，比如，輸出到設(shè)備的點號只通過輸出信號映射單元來進行操作，這樣大大提高了設(shè)備的安全性。模塊化編程具有良好的可移植性，只要稍加修改，就可以應(yīng)用到同類型的控制中。5.在模塊化編程的機床上，利用輔助功能選擇模塊可以快捷的實現(xiàn)某一項功能的選擇與啟動，同時也可以完成相同功能由于結(jié)構(gòu)和配置所造成的控制邏輯有差別的模塊單元選擇，節(jié)省了控制程序編制與調(diào)試的時間。


圖1是本發(fā)明的控制程序模塊化系統(tǒng)在數(shù)控機床上的電路連接示意圖
圖2是數(shù)控系統(tǒng)NCU單元的整體控制程序結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖3是機床功能參數(shù)數(shù)量核對模塊控制程序圖4是輸入信號映射模塊控制邏輯示意圖5a是系統(tǒng)啟動模塊控制邏輯networkl示意圖5b是系統(tǒng)啟動模塊控制邏輯netWOrk2/3示意圖6是軸控制功能塊控制程序圖7是輔助功能選擇模塊控制邏輯示意圖8a是液壓基本功能模塊控制程序networkl-8示意圖8b是液壓基本功能模塊控制程序netWOrk9-15示意圖9是輸出信號映射模塊控制邏輯示意圖IOa是功能選擇界面示意圖IOb是功能選擇界面示意圖IOC是功能選擇界面示意圖。
具體實施方案數(shù)控機床控制程序模塊化系統(tǒng)，是以帶有兩個液壓站(Z軸平衡液壓站和松/夾刀控制液壓站)的數(shù)控機床為簡單示例來說明本發(fā)明的具體應(yīng)用過程。在本示例中所有程序及應(yīng)用都是基于目前數(shù)控機床通用配置的西門子840D數(shù)控系統(tǒng)編制的。如圖1所示，數(shù)控機床人機界面通過MPI總線、數(shù)控系統(tǒng)伺服單元分別通過驅(qū)動總線及設(shè)備總線與數(shù)控系統(tǒng)NCU單元聯(lián)通，數(shù)控系統(tǒng)NCU單元通過profibus總線聯(lián)通輸入、 輸出模塊。在數(shù)控系統(tǒng)NCU單元內(nèi)如圖2所示，本發(fā)明的數(shù)控機床控制程序系統(tǒng)按各個功能程序細分、以模塊形式體現(xiàn)，其特征為本系統(tǒng)的PLC內(nèi)部存儲區(qū)由設(shè)計者設(shè)置功能選擇參數(shù)數(shù)量核對模塊(1)的檢查標準，其中數(shù)據(jù)是由該機床操作者在首次應(yīng)用時，在人機界面的機床參數(shù)中設(shè)置與本機床原配控制系統(tǒng)相通的、且符合本模塊化系統(tǒng)設(shè)計者提供使用的功能參數(shù)的標準量，用來核對功能選擇參數(shù)的數(shù)量設(shè)置是否正確，防止各參數(shù)數(shù)量設(shè)置錯誤而造成的系統(tǒng)邏輯混亂、功能出錯，阻止使數(shù)控機床的運行出現(xiàn)故障，甚至發(fā)生危險的錯誤擴大。使用狀態(tài)下本控制系統(tǒng)首先檢查機床操作人員在HMI輸入的“選擇參數(shù)數(shù)量”與本模塊化系統(tǒng)設(shè)計可供使用的功能參數(shù)的標準量是否匹配，在匹配的情況下，其輸出端通過輸入信號映射模塊(2)連接基本功能庫模塊(6)，輸入信號映射模塊(2)將實際的輸入信號賦值給PLC內(nèi)部的存儲區(qū)，并根據(jù)需要做相應(yīng)的邏輯處理；基本功能庫模塊(6)是包含了數(shù)控機床功能分解后所對應(yīng)的各個子功能的控制邏輯程序模塊，如軸控制程序模塊、液壓控制程序模塊、排屑器控制程序模塊、刀座控制程序模塊等，并與系統(tǒng)啟動模塊(3)、軸控制模塊(4)及輔助功能選擇模塊(5)連通，調(diào)取PLC內(nèi)部的存儲數(shù)據(jù)與系統(tǒng)啟動模塊(3)、軸控制模塊⑷及輔助功能選擇模塊(5)內(nèi)存進行數(shù)據(jù)處理、根據(jù)不同機床的配置(該配置由操作者在HMI的機床數(shù)據(jù)中預(yù)先設(shè)置)作相應(yīng)功能的選擇與啟動，并將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)給輸出信號映射模塊(7)；輸出信號映射模塊(7)用于將系統(tǒng)啟動模塊(3)、軸控制模塊(4)、 輔助功能選擇模塊(5)的邏輯運算結(jié)果通過中間存儲變量賦值給實際設(shè)備中的執(zhí)行單元， 如電機、閥門等。如果機床操作者在HMI中對于各個區(qū)域的數(shù)量設(shè)置與預(yù)先規(guī)定的數(shù)量不符，那么將造成的系統(tǒng)邏輯混亂、功能出錯，進而使數(shù)控機床的運行出現(xiàn)故障，甚至發(fā)生危險，故必須首先執(zhí)行功能選擇參數(shù)數(shù)量核對模塊1。只有執(zhí)行完模塊1的程序且沒有錯誤發(fā)生時，本系統(tǒng)控制程序才可以按順序執(zhí)行下一步。而當這些參數(shù)數(shù)量核對發(fā)生錯誤時，控制程序進入停止等待狀態(tài)。本發(fā)明數(shù)控機床功能參數(shù)數(shù)量核對模塊1，其特征在于由設(shè)計者設(shè)置功能選擇參數(shù)數(shù)量核對模塊1的檢查標準，在本例中本系統(tǒng)模塊設(shè)計者有如下規(guī)定按機床功能選擇參數(shù)表1中所列，整型數(shù)數(shù)量為30個、二進制數(shù)量為140個、浮點型數(shù)數(shù)量為30個。其中整型數(shù)據(jù)區(qū)域用來存儲刀具數(shù)量、潤滑時間等整型變量；二進制數(shù)據(jù)區(qū)域用來存儲液壓、排屑器、水箱、潤滑、水冷、刀座控制等相關(guān)輔助功能的啟動/關(guān)閉的標志位；浮點型數(shù)據(jù)區(qū)域用來存儲機床坐標軸的換刀位置。本功能參數(shù)數(shù)量核對模塊1控制程序如圖3所示在 networkl中，上方用星號包圍起來的部分為本段程序的注釋部分，方便程序員編程，在接下來的程序中，分別用判斷語句，將操作者在人機界面上設(shè)置的參數(shù)分別與模塊中設(shè)定值30、 140,30進行比較，如果均相等的程序正常運行，如有一個不相等，則程序進入停止狀態(tài)。該過程用來判斷操作者在人機界面中設(shè)置的整型數(shù)數(shù)量是否為30個、二進制數(shù)量是否為140 個、浮點型數(shù)數(shù)量是否為30個。這些作業(yè)數(shù)據(jù)的設(shè)置都是在首次使用本系統(tǒng)時由機床操作者在數(shù)控機床的人機界面上來完成的，在使用過程中還可通過界面上的相關(guān)操作來改變參數(shù)表中的變量值。作業(yè)狀態(tài)下，本控制系統(tǒng)NCU單元的功能選擇參數(shù)數(shù)量核對模塊1首先要檢查操作者在人機界面上設(shè)置參數(shù)的數(shù)量是否正確。即是否分別為30個、140個、30個，然后，如上所述，根據(jù)機床操作者在人機界面中對不同數(shù)據(jù)區(qū)的預(yù)先設(shè)置，輔助功能選擇模塊(5)進行數(shù)據(jù)處理，選擇與啟動基本功能庫模塊(6)中與之相對應(yīng)的子功能程序。表1功能選擇參數(shù)示意表
機床配置DB塊
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控機床控制程序模塊化系統(tǒng)，數(shù)控機床人機界面通過MPI總線、數(shù)控系統(tǒng)伺服單元分別通過驅(qū)動總線及設(shè)備總線與數(shù)控系統(tǒng)NCU單元聯(lián)通，數(shù)控系統(tǒng)NCU單元通過 profibus總線聯(lián)通輸入、輸出模塊，其特征在于把數(shù)控機床控制系統(tǒng)的各個功能程序封裝在各個功能模塊內(nèi)，在PLC基座中的各模塊的輸入、輸出端通過數(shù)據(jù)總線及電源總線與數(shù)控系統(tǒng)PLC處理器和電源模塊的各腳相互對應(yīng)連通；本系統(tǒng)的PLC內(nèi)部存儲區(qū)設(shè)置功能選擇參數(shù)數(shù)量核對模塊(1)，作為功能選擇參數(shù)的標準量；輸入信號映射模塊(2)將實際的輸入信號賦值給PLC內(nèi)部的存儲區(qū)，并根據(jù)需要做相應(yīng)的邏輯處理；基本功能庫模塊(6)是包含了數(shù)控機床功能分解后所對應(yīng)的各個子功能的控制邏輯程序，調(diào)取PLC內(nèi)部的存儲數(shù)據(jù)與系統(tǒng)啟動模塊(3)、軸控制模塊(4)及輔助功能選擇模塊(5)進行數(shù)據(jù)處理、作相應(yīng)功能的選擇與啟動；輸出信號映射模塊(7)用于將系統(tǒng)啟動模塊(3)、軸控制模塊(4)、輔助功能選擇模塊(5)的邏輯運算結(jié)果通過中間存儲變量賦值給實際設(shè)備中的執(zhí)行單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床控制程序模塊化系統(tǒng)，其特征在于由設(shè)計者設(shè)置功能選擇參數(shù)數(shù)量核對模塊(1)的檢查標準，其中數(shù)據(jù)是由該機床操作者在首次應(yīng)用時，在人機界面的機床參數(shù)中設(shè)置與本機床原配控制系統(tǒng)相通的、且符合本模塊化系統(tǒng)設(shè)計者提供使用的功能參數(shù)的標準量，用來核對功能選擇參數(shù)的數(shù)量設(shè)置是否正確，防止各參數(shù)數(shù)量設(shè)置錯誤而造成的系統(tǒng)邏輯混亂、功能出錯，阻止使數(shù)控機床的運行出現(xiàn)故障，甚至發(fā)生危險的錯誤擴大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床控制程序模塊化系統(tǒng)，其特征在于輸入信號映射模塊(2)接收動態(tài)輸入信號，同時，根據(jù)實際應(yīng)用的需要，選擇性的將部分實際輸入信號與內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)進行邏輯處理，最后，將實際的輸入信號以及需要的邏輯結(jié)果賦值給PLC內(nèi)部的存儲數(shù)據(jù)，PLC通過這些賦值后的存儲數(shù)據(jù)與系統(tǒng)啟動模塊(3)、軸控制模塊(4)、功能選擇模塊(5)進行數(shù)據(jù)邏輯處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床控制程序模塊化系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)啟動模塊 (3)用于系統(tǒng)初始化，主要為PLC與NC的數(shù)據(jù)交換、伺服系統(tǒng)的上/下電控制以及伺服模塊內(nèi)部狀態(tài)的監(jiān)控，該模塊是軸控制模塊(4)正常工作的前提條件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床控制程序模塊化系統(tǒng)，其特征在于軸控制模塊(4) 用于控制各個伺服軸的工作狀態(tài)設(shè)置及狀態(tài)監(jiān)控，主要實現(xiàn)軸控制使能啟動/關(guān)閉、軸控制方式設(shè)置、編碼器接口選擇、軸當前狀態(tài)獲取功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床控制程序模塊化系統(tǒng)，其特征在于輔助功能選擇模塊(5)用于數(shù)控機床輔助功能的選擇及啟動控制，輔助功能包括數(shù)控機床相關(guān)的液壓、潤滑、排屑、刀庫等；不同的數(shù)控機機床，選擇不同的機床應(yīng)用不同的PLC程序進行液壓控制， 輔助功能選擇模塊(5)提供了不同種類的機床配置形式，該配置由機床操作者在HMI的機床數(shù)據(jù)中做初始設(shè)置，進而選擇適合該機床的輔助功能的PLC程序。
全文摘要
一種數(shù)控機床控制程序模塊化系統(tǒng)，包括HMI人機界面，其特征為在數(shù)控系統(tǒng)NCU單元內(nèi)的數(shù)控機床控制程序系統(tǒng)按各個功能程序細分、以模塊形式體現(xiàn)，本系統(tǒng)的PLC內(nèi)部存儲設(shè)置功能選擇參數(shù)數(shù)量核對模塊，基本功能庫模塊是包含了數(shù)控機床功能分解后所對應(yīng)的各個子功能的控制邏輯程序，調(diào)取PLC內(nèi)部的存儲數(shù)據(jù)與系統(tǒng)啟動模塊、軸控制模塊及輔助功能選擇模塊進行數(shù)據(jù)處理、作相應(yīng)功能的選擇與啟動；輸入/輸出信號映射模塊用來進行內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)與實際輸入/輸出信號之間的邏輯處理。通過在HMI人機界面上的功能選擇來調(diào)用相關(guān)的功能模塊，可補充或修訂某一功能程序，提高數(shù)控機床的生產(chǎn)效率及減少數(shù)控機床的故障率，增強數(shù)控機床在實際使用過程中的可靠性。
文檔編號G05B19/414GK102221828SQ20111011382
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月4日
發(fā)明者于存謙, 劉丹陽, 劉旭, 劉春時, 劉永吉, 劉洪強, 化春雷, 孫旸, 宋鐵, 張吉, 張明洋, 張鵬, 徐兆成, 李焱, 林劍鋒, 沈超, 王哲, 王曉玉, 賈馨瑩, 趙 智, 邴旭, 郝越邦, 隋海倬 申請人:沈陽機床(集團)設(shè)計研究院有限公司