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工業(yè)設(shè)備集群監(jiān)控即如圖 1 將工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備 組織 起來 這樣做的好處是可以由一個(gè)操作者監(jiān)控一個(gè) 群 提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率 同時(shí) 群 可連入網(wǎng)絡(luò) 易于實(shí)施遠(yuǎn)程控制

實(shí)施圖 1 障礙在于 原有的自動(dòng)化設(shè)備不具備入群的功能 而僅給自動(dòng)化設(shè)備增加入群功能來構(gòu)建圖 1 勢(shì)必造成圖 1 系統(tǒng)功能的冗余而增加成本 較好的開發(fā)方法是將圖 1 看作一個(gè)系統(tǒng) 下位機(jī) 自動(dòng)化設(shè)備 不過是系統(tǒng)的 元素 首先考慮的是系統(tǒng)應(yīng)有的功能和功能如何在系統(tǒng)中分布 然后再考慮 元素 功能的實(shí)現(xiàn)

設(shè) 自動(dòng)化設(shè)備 為兩坐標(biāo)數(shù)控系統(tǒng) 一個(gè)獨(dú)立的數(shù)控系統(tǒng)的功能有編輯 空運(yùn)行(含離線插補(bǔ)) 零件加工(含在線插補(bǔ)) 手動(dòng) 回零 對(duì)刀和顯示 而圖 1 系統(tǒng)的功能在上位機(jī)與下位機(jī)之間的分布是 1) 上位機(jī)(集群監(jiān)控機(jī))的功能 編輯 虛擬加工(含離線插補(bǔ)) 零件加工 手動(dòng) 回零 圖形顯示 網(wǎng)絡(luò)通信(連接下位機(jī)) 網(wǎng)關(guān)功能(連接 Internet)等 2) 下位機(jī)(可入群數(shù)控系統(tǒng))的功能有 零件加工 手動(dòng) 回零 對(duì)刀 數(shù)字顯示 網(wǎng)絡(luò)通信(連接上位機(jī))等[1]其中 零件加工 是依離線插補(bǔ)的結(jié)果(自定義指令和機(jī)加工數(shù)據(jù)流)進(jìn)行的[2]顯然 圖 1 中數(shù)控系統(tǒng)與獨(dú)立的數(shù)控系統(tǒng)相比 功能有較大不同

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 工況與設(shè)定工況的操作

設(shè)置五種工況以分別完成下位機(jī)除網(wǎng)絡(luò)通信外的所有功能 零件加工(AUTO) 回零(ZRT) 手動(dòng) 1(H1) 手動(dòng) 2(H2) 手動(dòng) 3(H3)三種手動(dòng)工況對(duì)應(yīng)不同的刀架驅(qū)動(dòng)速度 任何手動(dòng)工況下都可以完成對(duì)刀功能

圖 1 系統(tǒng)要求既能在下位機(jī)設(shè)定自身工況 也能在上位機(jī)設(shè)定該下位機(jī)的工況 這就意味著下位機(jī)上常見的波段開關(guān)設(shè)置工況的方法不可取 筆者在下位機(jī)設(shè)立一個(gè) 工況鍵 和一個(gè) 工況標(biāo)識(shí) 變量 工況標(biāo)識(shí) 既可由 工況鍵 修改 也可以由上位機(jī)直接修改 工況標(biāo)識(shí) 為 0 到 4 的取值 分別對(duì)應(yīng) 5 種工況

1.2 輸入 輸出與顯示

輸入信號(hào)主要來自數(shù)控系統(tǒng)操作鍵 主要有 4 個(gè)手動(dòng)鍵 X+ X- Z+ Z- 啟動(dòng)鍵 急停鍵 單步/連續(xù)選擇開關(guān) 以及行程限位開關(guān)和控制螺紋加工的光電編碼器

輸出信號(hào)除對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的輸出(以驅(qū)動(dòng)刀架)之外 主要由 M S T 指令產(chǎn)生 有控制主軸轉(zhuǎn)速 控制刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位等輸出顯示器采用 1 個(gè)米字管和 7 個(gè) 8 段 LED 用一個(gè)鍵切換即時(shí)顯示內(nèi)容

1.3 驅(qū)動(dòng)電路與網(wǎng)絡(luò)通信

驅(qū)動(dòng)電路與數(shù)控系統(tǒng)是否入群無關(guān) 本文不作討論 網(wǎng)絡(luò)通信功能涉及到的技術(shù)較多 另有討論的專文 本文僅介紹與之相關(guān)的硬件

2.硬件方案

采用 8031 單片機(jī) 程序存儲(chǔ)器 ROM 容量用 32KB(基于筆者的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)確定) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器主要保存上位機(jī)傳來的機(jī)加工數(shù)據(jù)流 其容量大小決定加工工件的大小 一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)流對(duì)應(yīng)加工軌跡長(zhǎng)度為 4*10-2mm[2]若選擇 32KBRAM 作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 其對(duì)應(yīng)的加工軌跡長(zhǎng)度為 32K*4*10-2mm 近 1300mm 可以滿足絕大多數(shù)情況下的加工要求

工況鍵 接入 8031 的外部中斷 0 在相應(yīng)中斷服務(wù)程序中修改 工況標(biāo)識(shí) 并用一個(gè)輸出接口控制 5 個(gè) LED 對(duì)應(yīng)指示 5 種工況

用一個(gè)輸入接口接入鍵 X+ X- Z+ Z- 光電編碼器接到 8031 的 T1 和 T0腳 其他輸入鍵接到 P1 口

用一個(gè)輸出接口控制驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)刀架 一個(gè)輸出接口輸出與 M S T 指令對(duì)應(yīng)的 編碼 由此產(chǎn)生相應(yīng)控制信號(hào) 另外用九個(gè)輸出接口控制顯示器

為構(gòu)建圖 1 系統(tǒng) 為 8031 串行口新增了以 RS-232 電平標(biāo)準(zhǔn)的半雙工通信接口電路

限于篇幅 電路圖從略

3.主控軟件

圖 2 為系統(tǒng)軟件總框圖 其中 工況標(biāo)識(shí) 由外部中斷 0 服務(wù)程序設(shè)定或由上位機(jī)傳來 所謂主控軟件指圖 2 中標(biāo)號(hào) WORKST 到標(biāo)號(hào) WORKEND 部分

圖 3 為主控軟件框圖 圖 3 考慮了多指令共段和共段指令執(zhí)行順序 TST 分支實(shí)現(xiàn)除 T00 指令外全部 T 指令的功能 M1S 分支實(shí)現(xiàn) 了 M03 M04 M06 M97 M98 M99 M21 M22 M23 M24 M25M26 M27 M28 等指令的功能 M2S 分支實(shí)現(xiàn)了 M00,M02,M05,M30,M20 等指令的功能 也考慮了模態(tài)指令的處理

可入群數(shù)控系統(tǒng)的*部分在圖 3 以標(biāo)號(hào) GST 開始 WK4 結(jié)束的分支 這一分支的詳細(xì)框圖見圖 5

圖 5 各分支對(duì)應(yīng)相應(yīng)的 G 指令 其中的 G00 G01 G32 G33 對(duì)應(yīng)無須插補(bǔ)的加工指令 需要插補(bǔ)的 G01 指令和曲線插補(bǔ)都由上位機(jī)離線插補(bǔ)成機(jī)加工數(shù)據(jù)流 并傳遞到下位機(jī) 由 G02 指令(自定義指令中 G02 已經(jīng)不是圓弧插補(bǔ)指令)標(biāo)識(shí)之 G02 指令格式為 G02xx yy xx 和 yy 都為兩字節(jié) 分別指示數(shù)據(jù)流存放地起始地址和終止地址

圖 6 為圖 5 的 G02 分支框圖 圖中的標(biāo)識(shí) sdkzh 由圖 4 置位sdkzh 為 1 表示刀架已進(jìn)給一步(10-2mm) 圖 4 為定時(shí)器 0 中斷服務(wù)程序 它控制加工速度 刀架進(jìn)給和即時(shí)坐標(biāo)顯示

其它程序或復(fù)用原程序或另文介紹 故此處不贅述

4.結(jié)束語

這是一個(gè)應(yīng)用項(xiàng)目的技術(shù)方案 它實(shí)現(xiàn)了文獻(xiàn)[1] [2]的內(nèi)容 限于篇幅 本文沒有給出具體硬件電路和全部軟件框圖 但給出了硬件的詳細(xì)方案和介紹了有自身特色的主控軟件 由于本數(shù)控系統(tǒng)是圖 1 的 元素 在圖 1 系統(tǒng)功能不變的前提下 元素 的功能得到簡(jiǎn)化甚至部分功能取消 這使系統(tǒng)成本下降且便于集群監(jiān)控 這樣的系統(tǒng)也易于構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)線或接入互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控 有較好實(shí)際意義

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