本發(fā)明屬于數(shù)控系統(tǒng)和自動控制應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一種基于多系統(tǒng)控制的數(shù)控系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，具體涉及由三菱的C5系列數(shù)控系統(tǒng)升級為C70系列數(shù)控系統(tǒng)和Q系列的PLC控制系統(tǒng)，融合了數(shù)控系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)，Profibus總線，三菱H網(wǎng)、CC-LINK網(wǎng)等現(xiàn)場總線技術(shù)，用于汽車發(fā)動機(jī)缸體線進(jìn)行缸體的鉆孔和攻絲。

背景技術(shù)：

汽車發(fā)動機(jī)缸體作為發(fā)動機(jī)的核心部件，需要在缸體上加工安裝孔用來連接外圍的油路、氣路等其它組裝部件，缸體機(jī)加線主要是用來在缸體上進(jìn)行鉆孔和剛性攻絲。

現(xiàn)有的汽車發(fā)動機(jī)缸體線采用的是90年代的三菱C5系列數(shù)控系統(tǒng)，每個(gè)工位機(jī)床配有獨(dú)立CNC數(shù)控系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)，由于設(shè)備使用年限較長，系統(tǒng)老化，程序參數(shù)等信息不能備份，故障頻發(fā)，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。隨著數(shù)控產(chǎn)品的更新?lián)Q代，C5系列的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)買不到電機(jī)，驅(qū)動器等模塊。一旦設(shè)備硬件出現(xiàn)損壞將沒有備件可以更換，這對于日加工千臺的缸體機(jī)加線而言是不能接受的，對企業(yè)更是巨大的威脅。三菱最新C70系列數(shù)控系統(tǒng)由于具備多系統(tǒng)功能，特別適合配置在既要求獨(dú)立運(yùn)行，又要求聯(lián)合運(yùn)行的生產(chǎn)線上。其設(shè)備成本可以大大降低。本發(fā)明研究一種基于多系統(tǒng)控制的汽車缸體生產(chǎn)線三菱C5數(shù)控系統(tǒng)升級方法，解決缸體線遇到的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供了一種基于多系統(tǒng)控制的數(shù)控系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法。依托三菱通用編程軟件平臺進(jìn)行多系統(tǒng)控制方法的程序設(shè)計(jì)，通過觸摸屏完成CNC數(shù)控系統(tǒng)多系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，通過H網(wǎng)絡(luò)總線實(shí)現(xiàn)多個(gè)獨(dú)立PLC控制系統(tǒng)與NC控制單元之間系統(tǒng)信號的交互；通過光纖實(shí)現(xiàn)控制部分與執(zhí)行部分的高速通訊。以NC控制單元為中心，最終實(shí)現(xiàn)在一套CNC數(shù)控系統(tǒng)控制下同時(shí)完成 三個(gè)工位機(jī)床的鉆孔和剛性攻絲。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：基于多系統(tǒng)控制的數(shù)控系統(tǒng)，包括數(shù)控部分以及與其連接的PLC控制部分；所述數(shù)控部分包括NC控制單元以及與其連接的執(zhí)行部分，所述執(zhí)行部分包括通過光纖連接的多個(gè)伺服驅(qū)動器,每個(gè)伺服驅(qū)動器連有用于控制機(jī)床主軸或伺服軸的電機(jī)；PLC控制部分包括多個(gè)通過H網(wǎng)連接通信的PLC控制系統(tǒng)。

所述PLC控制系統(tǒng)包括PLC的CPU以及與其連接的CC-LINK主站網(wǎng)絡(luò)模塊、PROFIBUS模塊、H網(wǎng)本地站模塊、IO模塊；所述CPU與NC控制單元、或者通過H網(wǎng)本地站模塊與其它PLC控制系統(tǒng)的CPU連接。

所述NC控制單元連有觸摸屏，用于CNC數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置以及加工程序的編寫。

所述PLC控制系統(tǒng)配置3個(gè)系統(tǒng)通道，用于控制2個(gè)主軸和7個(gè)伺服軸。

基于多系統(tǒng)控制的數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：

通過觸摸屏完成數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置、初始化以及加工程序，通過共享元件G更新PLC控制系統(tǒng)的CPU與NC控制單元之間的交互數(shù)據(jù)，通過H網(wǎng)絡(luò)總線實(shí)現(xiàn)多個(gè)獨(dú)立PLC控制系統(tǒng)與NC控制單元之間系統(tǒng)信號的交互；

每個(gè)PLC控制系統(tǒng)自動啟動，線體輥道輸送工件到某個(gè)PLC控制系統(tǒng)對應(yīng)的加工工位；該P(yáng)LC控制系統(tǒng)通過檢測開關(guān)檢測工件到位，控制夾具氣缸電磁閥得電，帶動夾具夾緊工件；此時(shí)該P(yáng)LC控制系統(tǒng)向NC控制單元發(fā)出需要調(diào)用的加工程序號；

NC控制單元根據(jù)各PLC控制系統(tǒng)發(fā)來的加工程序號啟動加工程序，分別控制各工位機(jī)床的主軸和伺服軸的伺服驅(qū)動器，通過伺服驅(qū)動器控制電機(jī)帶動機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成主軸、X、Z伺服軸對缸體加工面坐標(biāo)位置和加工深度的定位；

定位完成后，NC控制單元發(fā)送加工完成代碼至該P(yáng)LC控制系統(tǒng)；該P(yáng)LC控制系統(tǒng)控制工件夾具松開，并發(fā)送工件放行信號，線體輥道輸送線將工件傳送到下一個(gè)加工工位。

所述參數(shù)包括：設(shè)備參數(shù)、軸規(guī)格參數(shù)、伺服參數(shù)、主軸規(guī)格參數(shù)、性能參數(shù)。

所述H網(wǎng)絡(luò)總線實(shí)現(xiàn)多個(gè)獨(dú)立PLC控制系統(tǒng)與NC控制單元之間系統(tǒng)信號的交互

本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明采用的C70數(shù)控系統(tǒng)，光纖通訊，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，縮短了線體生產(chǎn)節(jié)拍，提高了生產(chǎn)效率。

2.本發(fā)明通過網(wǎng)口、USB等傳輸媒介系統(tǒng)參數(shù)和加工程序的可以上傳下載，方便了用戶的日常維護(hù)。

3.本發(fā)明采用的多系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，大大節(jié)約了硬件成本。

4.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對多系統(tǒng)的狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控及數(shù)控系統(tǒng)的控制和外圍信號的控制一體化。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的數(shù)控系統(tǒng)硬件組態(tài)結(jié)構(gòu)圖；

圖2a為本發(fā)明的缸體線數(shù)控系統(tǒng)控制流程圖一；

圖2b為本發(fā)明的缸體線數(shù)控系統(tǒng)控制流程圖二；

圖2c為本發(fā)明的缸體線數(shù)控系統(tǒng)控制流程圖三；

圖3本發(fā)明的多系統(tǒng)控制方法框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明的缸體線三個(gè)工位機(jī)床的硬件為一套C70數(shù)控系統(tǒng)配三套獨(dú)立Q系列PLC控制系統(tǒng)，采用多系統(tǒng)控制的方法，設(shè)計(jì)3個(gè)系統(tǒng)通道，控制2個(gè)主軸和7個(gè)伺服軸：第1系統(tǒng)通道用于控制6工位機(jī)床的1個(gè)主軸3個(gè)伺服軸；第2系統(tǒng)通道用于控制4工位機(jī)床的1個(gè)主軸3個(gè)伺服軸；第3系統(tǒng)通道用于控制7工位機(jī)床的1個(gè)伺服軸；數(shù)控系統(tǒng)采用光纖通訊，通過觸摸屏完成CNC數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置、初始化以及加工程序的編寫，通過共享元件G更新PLC控制系 統(tǒng)的CPU與NC控制單元之間的交互數(shù)據(jù)，通過H網(wǎng)絡(luò)總線實(shí)現(xiàn)三個(gè)獨(dú)立PLC控制系統(tǒng)與NC控制單元之間的系統(tǒng)信號的交互。依托三菱通用編程軟件平臺利用梯形圖語言進(jìn)行多系統(tǒng)控制方法的PLC程序設(shè)計(jì)。本發(fā)明以NC控制單元為控制中心，PLC控制系統(tǒng)輔助控制缸線體的邏輯動作。NC控制單元控制伺服驅(qū)動器和電機(jī)帶動執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成運(yùn)動軌跡，最終實(shí)現(xiàn)在一套CNC數(shù)控系統(tǒng)控制下完成在三個(gè)工位機(jī)床的鉆孔和剛性攻絲。

所述多系統(tǒng)控制指的是CNC數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置多個(gè)控制系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)可以單獨(dú)控制一臺機(jī)床，它包括機(jī)床的坐標(biāo)軸X、Y、Z、…，主軸，刀庫位置控制，PLC功能等。系統(tǒng)數(shù)和每個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的控制軸數(shù)，可由參數(shù)設(shè)定，系統(tǒng)間做到獨(dú)立控制，互不干擾。

所述機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)由X軸，Z軸和主軸構(gòu)成，Z軸電機(jī)通過聯(lián)軸器連接絲杠，帶動機(jī)床縱向移動，X軸電機(jī)通過齒輪連接滑臺，帶動機(jī)床橫向移動，主軸電機(jī)軸端安裝刀套，用于加工的刀具安裝。

所述H網(wǎng)總線，采用同軸電纜連接三個(gè)PLC控制系統(tǒng)的H網(wǎng)本地站模塊，通過H完成多個(gè)獨(dú)立PLC控制系統(tǒng)與NC控制單元之間的軸初始化、模式選擇、M代碼完成、NC復(fù)位、等系統(tǒng)的狀態(tài)信號的交互。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1所示,數(shù)控系統(tǒng)包括數(shù)控部分和PLC控制系統(tǒng)，數(shù)控部分包括NC控制單元、觸摸屏及其執(zhí)行部分。觸摸屏與NC控制單元通過網(wǎng)口通訊，執(zhí)行部分包括伺服驅(qū)動，伺服電機(jī)。該發(fā)明配置3個(gè)系統(tǒng)，2個(gè)伺服主軸，7個(gè)伺服軸。NC控制單元與執(zhí)行部分通過光纖高速通訊，連接6工位機(jī)床一個(gè)主軸和三個(gè)伺服軸，連接4工位機(jī)床一個(gè)主軸和三個(gè)伺服軸和7工位機(jī)床一個(gè)伺服軸。選用HF系列伺服電機(jī)，MDS-D系列伺服驅(qū)動器，SJ-D系列主軸電機(jī)。

三菱的C70系列數(shù)控系統(tǒng)區(qū)別于專用機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)專用于聯(lián)合運(yùn)行的生產(chǎn)線上，安裝也區(qū)別于專用數(shù)控系統(tǒng)。采用型號為Q173NCCPU的數(shù)控系統(tǒng)直接安裝在三菱Q系列PLC的機(jī)架槽板上，通過高速總線與PLC控制系 統(tǒng)的CPU通訊。

觸摸屏采用GT1675-STBA,觸摸屏與系統(tǒng)通過網(wǎng)口相連，通過觸摸屏完成所有CNC數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置和初始化以及加工程序的編寫。C70數(shù)控系統(tǒng)可以使用觸摸屏而不必使用數(shù)控系統(tǒng)專用的顯示屏。特別是對于多系統(tǒng)控制而言，相當(dāng)于節(jié)省了5套硬件操作面板。同時(shí)可以利用觸摸屏的強(qiáng)大畫面制作和監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)人性化的操作控制。

每個(gè)工位機(jī)床配置獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng)，每個(gè)PLC控制系統(tǒng)采用三菱Q系列Q04UDHCPU作為控制中心、QJ61BT11N作為CC-LINK主站網(wǎng)絡(luò)模塊，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面、操作站與CPU的通訊；QJ71BR11作為H網(wǎng)本地站模塊，完成多個(gè)獨(dú)立PLC控制系統(tǒng)與NC控制單元之間的軸初始化、模式選擇、M代碼完成、NC復(fù)位、等系統(tǒng)的狀態(tài)信號的交互。QJ71PB92V作為PROFIBUS主站模塊，實(shí)現(xiàn)機(jī)床外圍輸入和輸出信號的遠(yuǎn)程控制，IO模塊連接本地輸入輸出信號。采用同軸電纜連接三個(gè)PLC控制系統(tǒng)的H網(wǎng)本地站模塊，實(shí)現(xiàn)三個(gè)PLC控制系統(tǒng)之間，與NC控制單元之間的組網(wǎng)。

缸體線多系統(tǒng)控制的數(shù)控系統(tǒng)控制流程如下：

如圖2a、圖2b、圖2c所示，三個(gè)工位機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)控制流程如下：

采用梯形圖編程，NC控制單元參數(shù)設(shè)置完成，系統(tǒng)初始化和PLC控制系統(tǒng)初始化完成，PLC控制系統(tǒng)的PLC程序開始自動啟動。線體輥道輸送工件到加工工位,PLC控制系統(tǒng)通過檢測開關(guān)檢測工件到位，控制夾具氣缸電磁閥得電，帶動夾具夾緊工件，PLC控制系統(tǒng)向NC控制單元發(fā)出需要調(diào)用的加工程序號；NC控制單元根據(jù)各PLC控制系統(tǒng)發(fā)來的加工程序號啟動加工程序，分別控制各工位機(jī)床的主軸和伺服軸的伺服驅(qū)動器，通過伺服驅(qū)動器控制電機(jī)帶動機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成主軸、X、Z伺服軸對缸體加工面坐標(biāo)位置和加工深度的定位；定位完成后，NC控制單元發(fā)送加工完成代碼至該P(yáng)LC控制系統(tǒng)；該P(yáng)LC控制系統(tǒng)控制工件夾具松開，并發(fā)送工件放行信號，線體輥道輸送線將工件傳送到下一個(gè)加工工位。

如圖3所示，多系統(tǒng)控制方法包括多系統(tǒng)NC控制單元參數(shù)設(shè)計(jì)和多系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)。多系統(tǒng)NC控制單元參數(shù)設(shè)計(jì)包含：基本參數(shù)設(shè)置，軸規(guī)格參數(shù)和伺服參數(shù)設(shè)置，主軸規(guī)格和性能參數(shù)設(shè)置；多系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)包含系統(tǒng)控制流程設(shè)計(jì)，伺服軸、主軸初始化，工作模式，手輪選擇編程，多PLC間系統(tǒng)信號編程。

所述多系統(tǒng)控制單元NC參數(shù)設(shè)計(jì)：本發(fā)明配置3個(gè)系統(tǒng)，設(shè)備參數(shù)主要設(shè)定控制軸的構(gòu)成，多系統(tǒng)需要設(shè)置以下基本參數(shù)，

#1001號參數(shù)設(shè)定選擇系統(tǒng)及PLC軸的有/無。#1001＝3

#1002號參數(shù)設(shè)定每個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的控制軸數(shù)、PLC軸數(shù)。

#1013號參數(shù)設(shè)定每個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的軸名。

#1016號參數(shù)設(shè)定每個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的滾珠絲杠的螺距。

#1017號參數(shù)設(shè)定每個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。

#1021號參數(shù)設(shè)定5個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的驅(qū)動單元特定編號。

#1039號參數(shù)設(shè)定主軸數(shù)。#1039＝2

軸規(guī)格參數(shù)和伺服參數(shù)設(shè)置直接影響到了數(shù)控機(jī)床的加工精度和性能。設(shè)置編碼器分辨率、齒數(shù)比、快移速度、加減速時(shí)間、回零方式、回零速度、回零時(shí)電流限制、加減速時(shí)間、速度環(huán)增益、位置環(huán)增益、主軸同期控制位子增益、加速度前饋等多項(xiàng)伺服參數(shù)，伺服參數(shù)需要多次調(diào)整調(diào)試，調(diào)試原則:首先調(diào)整電流環(huán)參數(shù)然后調(diào)整速度環(huán)參數(shù),最后調(diào)整位置環(huán)參數(shù)。只有電流環(huán)和速度環(huán)的伺服參數(shù)設(shè)置合適,才能得到較高的位置環(huán)性能,數(shù)控機(jī)床的位置精度和跟隨精度才可能得到提高。

主軸規(guī)格和性能參數(shù)主要設(shè)置：主軸類型、主軸最大速度、限制速度、主軸攻螺紋轉(zhuǎn)速、主軸定位轉(zhuǎn)速、同期攻絲切換主軸轉(zhuǎn)速、定位、位置環(huán)原點(diǎn)返回方式的時(shí)間常數(shù)、攻螺紋時(shí)間常數(shù)等。在設(shè)備參數(shù)中設(shè)置了主軸數(shù)，而不能指定該主軸屬于哪個(gè)系統(tǒng)。加工程序中主軸轉(zhuǎn)速指令使用S指令，在多主軸時(shí)，使用S○＝******指令。S指令可以來自任一系統(tǒng)的加工程序。各主軸指令根據(jù) ○的內(nèi)容進(jìn)行區(qū)分。如S1＝3500，第1主軸3500(r/min)指令；S2＝1500；第2主軸1500(r/min)指令。

所述多系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，CNC數(shù)控系統(tǒng)的控制單元和PLC控制系統(tǒng)的CPU安裝在用一塊高速基板上，二者通過共享元件G更新交互數(shù)據(jù)。PLC的CPU預(yù)留了X300\Y300之后的軟元件地址用于與NC控制單元之間的數(shù)據(jù)交互。在三菱通用編程軟件平臺下，利用梯形圖語言進(jìn)行多系統(tǒng)控制方法PLC控制系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)多系統(tǒng)控制的數(shù)控系統(tǒng)的控制流程；設(shè)計(jì)伺服軸和主軸的初始化程序，例如伺服軸使能、自動互鎖、手動互鎖、外部減速、單節(jié)互鎖、主軸使能、主軸攻絲、主軸正反轉(zhuǎn)、主軸換擋、M代碼完成、NC復(fù)位、進(jìn)給保持、加工程序啟動等信號編程設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)自動初始設(shè)定模式，JOG模式，手輪模式，自動模式，單節(jié)模式，參考點(diǎn)返回六種工作模式，設(shè)計(jì)多系統(tǒng)手輪程序，手輪軸選，倍率程序；設(shè)計(jì)H網(wǎng)程序，實(shí)現(xiàn)多個(gè)獨(dú)立PLC控制系統(tǒng)與NC控制單元之間系統(tǒng)信號的交互，如各個(gè)PLC控制系統(tǒng)的狀態(tài)信號，NC控制單元的伺服軸初始化信號，手輪信號，模式信號等信號狀態(tài)通過H網(wǎng)的內(nèi)部地址傳遞到各個(gè)PLC的CPU的軟元件里，參與數(shù)控系統(tǒng)的流程控制。