2017年5月23日

840D数控系统的加工中心功率在线监控方法研究

海天精工加工中心钻攻中心前言：海天精工备注：为保证文章的完整度，本文核心内容都PDF格式显示，如未有显示请刷新或转换浏览器尝试，手机浏览可能无法正常使用！0. 引言随着计算机以及信息技术的飞速发展，传统的制造行业正在逐步向信息化、智能化发展，而制造业信息化的关键支撑要素之一是生产设备的实时状态数据。精工加工中心作为一种重要的生产设备，其功率数据可以用于监控加工中心的运行状态，分析加工中心的加工过程，统计加工中心的利用率等，对于生产自动化有着十分重要的意义。由于精工系统的多样性，不同厂家提供的加工中心通信接口和协议各不相同，由此产生了各种不同的加工中心功率数据采集方案。本文的研究对象西门子840D精工系统是一种先进的开放的精工系统，目前对其功率采集主要有两种方案，一是基于硬件接线方式的电气法，另一种是基于数字通信方式的通信法。通信法是利用840D精工系统的开放性，通过精工系统提供的接口来读取精工系统内部变量的采集方法。相比于硬件接线的电气法，通信法具有硬件改动小、安全性高、数据精度高等优点。本文所研究的加工中心功率在线监控方法即基于通信法实现。1. 系统方案设计西门子840D精工系统由NCK+PLC+ PC三级结构组成。其中NCK (Numeric Control Kernel)是精工加工的核心模块，包括联动、插补等核心功能，实时性最高。PLC负责外围控制功能，如刀库、切削液等辅助功能的控制，实时性较高。PC部分是基于Windows操作系统的工控机，主要负责前面板的显示和操作，用于人机交互功能，实时性较低。3个部分通过MPI总线连接，实现数据交互。作为精工系统的核心，840D的NCK部分是封闭的，用户无法直接与其通信，但通过PLC可以访问到NCK中的状态变量。因此可以通过在PLC上编程来获得加工中心的功率数据，再通过某种方式将读取到的数据传递给监控系统。本文中的功率数据采集方案即是基于此原理。在PLC获取了功率数据以后，还需要将其传递给监控系统。此时又有两种方案，第一种是通过数字通信接口将PLC中的功率数据发送给监控系统的工控机，但需要在PLC上加装额外的通信模块。第二种是通过PLC自带的模拟量输出接口将功率数据以模拟信号输出，再在工控机一侧通过AD采集卡将其转换为数字信号。由于笔者所面临的精工系统PLC上并没有现成的数字通信模块，故此采用了方案二。整个系统的原理结构如图1所示。2.系统实现(1) PLC端实现840D系统中NCK与PLC之间的数据交互是通过数据块DB进行的，包括加工中心功率数据在内的NC变置都存储在NCK数据块，840D系统提供了读取NC变量的功能块FB2。FB2是PLC基本用户功能块，用于从NCK读取NC变量。具体方式是：用FB2读出以下变量，再用模拟童模块输出。读变量需要设置 $MA_DRI VE_SI GNAL_TRACKI NG=1。$AA_LOAD[axis] Load;负载百分比$AA_TORQUE[axis];力矩SAA—F^OWERfaxis】；功率$AA_CURR[axis];电流(2) 上位机端实现上位机为一台工业控制计算机，为了能够从PLC中读取到模拟电压形式的功率数据，在上位机安装了 A/D采集卡。采集卡型号为ADLink公司的DAQ-2000数据采集卡，通过PCI总线与PC机实现高速数据交互。采集卡提供了配套的驱动程序以及开发软件包，并且提供SDK (SoftwareDevelopment Kit)函数接口，通过按一定的顺序调用这些函数接口，即可实现将模拟置输入转化为数字置输出功能。表1中列出了部分关键函数及其说明。通过周期性调用采集函数，并将采集到的电压值转换为对应的功率值，可获得精工加工中心的实时功率数据 3. 试验验证为了让用户直观地观察到加工中心功率变化规律，本文开发了可视化的功率监控系统，以功率曲线的形式实时显示加工中心功率数据。为了验证加工中心功率监控系统的功能，本文选取了一组典型的深孔加工工况进行试验，图2是该过程的功率变化曲线^其中横轴代表采样时间序列，纵轴代表机床主轴电流，功率可由电流换算得出。从图2中可以直观地看出，功率曲线表现为较为规律的波峰和波谷，而加工中心此时正在进行啄孔式加工，即钻一定深度后退刀再下钻，如此反复直至钻透。理论上当钻头尚未与工件接触时，加工中心输出功率较低，曲线应表现为波谷；当钻头与工件接触后，主轴负载增大，转矩增加，机床输出功率较高，曲线应表现为波峰。通过目测，加工中心的钻孔动作与功率曲线的波动变化能够吻合。通过分析精工加工程序代码，发现精工程序也与功率曲线步调同步，再一次验证功率监控的实时性与准确性。结论本文研究了一种基于840D精工系统的加工中心功率采集方法，利用840D系统的开放性，通过精工系统内部PLC采集机床功率数据，再通过数字―模拟—数字的转换过程实现计算机对加工中心功率数据的实时采集。在此基础上开发了加工中心功率在线监控系统，并通过深孔加工试验验证了系统的实时性与准确性。海天精工是一家集销售、应用及服务于一体的公司。产品包括：CNC加工中心、钻攻中心、龙门加工中心、雕铣机、石墨机、五轴加工中心、立式加工中心、卧式加工中心等。我们机床的生产工厂设在广东省宁波市，目前其生产的加工中心70%出口，其中出口到欧洲占到50%。我们尽心、尽力、尽意的服务！声明：本站文章均来自网络，所有内容不代表本站观点，本站不承担任何法律责任！

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