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數（shù）控機床自動上下料工作站實（shí）驗裝置的設計與開發

2020-11-3 來源：山西機電職業技術學院數控工程係作者：韓金（jīn）利

摘要：論述西門子（zǐ）８２８Ｄ數控係統自動上下（xià）料實（shí）驗裝置的總（zǒng）體設計方案，開發了上下料控製係（xì）統的硬（yìng）件和軟件，並（bìng）對上下料過程進行組（zǔ）態設計，實現了對上下料（liào）過程的動態監控。實驗證明：該係統運行（háng）正常，能夠滿足學生（shēng）實（shí）訓與實習需求。

關鍵詞：上下料工作站；數控機床；實驗裝置

０、引言

隨著“工（gōng）業４．０”以及（jí）“中國製造２０２５”規劃的提出，製造業的轉型升級推動了數控裝備技術的發展。另外，隨著我國經濟的快速發展，人口（kǒu）紅利逐步減少，很多企業出現（xiàn）了招工困難、操作工人（rén）流動性大、管理困難等問題，在機加行業中，數控機床（chuáng）上下料實現自（zì）動化已（yǐ）經成為必然趨勢，與此同時（shí），企業也需要大（dà）量的自動上下料工作站維護維修人員，對於高（gāo）職院校來說（shuō），加強學生在數控機床上下料方麵的培訓顯得極其重要。

針對這種情況，本文提出了一（yī）種（zhǒng）基（jī）於８２８Ｄ數控係統的簡易上下料裝置，采用ＡＢＢ六關節機器人作為運料執行器，以西門子Ｓ７－１２００為主控製器，使用一台ＰＣ機實現對工作站進行監控，學生還可以利用這台ＰＣ進行編程練習。

１、自動上下料工作站實驗裝置（zhì）總體（tǐ）方案設計

１.１、硬件構成

該實驗裝置采用西（xī）門子８２８Ｄ數控係統，機器人采（cǎi）用ＡＢＢ　ＩＲＣ５ｃｏｍｐａｃｔ控製器，本體采用ＩＲＢ１２０，總控采用Ｓ７－１２００ＰＬＣ，係統總體框圖如圖１所示。

圖１. 自動上下料工作站實驗裝（zhuāng）置的總體框圖

１.２、控製方案

根據自動上下料（liào）控製要求（qiú），完成ＳＩＮＵＭＥＲＩＫ８２８Ｄ數控係統（tǒng）、伺服（fú）驅動係統、輸（shū）入輸出模塊ＰＰ７２／４８、總控（kòng）ＰＬＣ、機器人控（kòng）製器等模塊的安裝與調試，並滿足以下控製要求：

①、數控係統與機器人配合完成物料（liào）的（de）自動上料與下料；

②、工作站具備緊急（jí）停止功（gōng）能；

③、根據控製要求，係統可實現手動打開關閉安全門、夾緊鬆開夾具的功能；

④、可以實現上（shàng）下料工作過程的在線監控功能。

２、軟件設計

為滿足機器人、數控機床、總控ＰＬＣ三者之間信號交互的要求，需要對三者之間的Ｉ／Ｏ地址進行分配，並采用博圖（tú）軟（ruǎn）件對總控ＰＬＣ進行編程以及組（zǔ）態監控。

２.１、ＰＬＣ　Ｉ／Ｏ分配（pèi）

由於（yú）本設計（jì）中增加的卡（kǎ）盤、機床防護門要求總控與數控機床控製麵板都能（néng）直（zhí）接控製其開合，故數控係統內裝ＰＬＣ與總控交互信號設定在（zài）ＰＰ７２／４８Ｉ／Ｏ板的Ｘ２２２接口上。數控係統內裝（zhuāng）ＰＬＣ　Ｉ／Ｏ分配如表１所示。機器人在上下料過程中需要與總控配合完成，總控在數控係統與機器人之間（jiān）起橋梁作用，機器人通過ＩＲＣ５ｃｏｍｐａｃｔ機器人控製櫃ＸＳ１２、ＸＳ１３、ＸＳ１４、ＸＳ１５接口與總控進行（háng）信號交互，總（zǒng）控ＰＬＣ　Ｉ／Ｏ分配如表２所示。

表１　數控係統內裝ＰＬＣ　Ｉ／Ｏ分配

表２　總控ＰＬＣ　Ｉ／Ｏ分配

２.２、上下料總體流程

總控發出遠程啟動信號給加工單元，數控（kòng）係統控製主軸回到安全位置，數控係統暫（zàn）停運行，發送暫停信號給總控；總控接收暫（zàn）停信號以及（jí）機器人請求放料（liào）信號，總控發送（sòng）安全門打開與夾具鬆開信號給數控加工（gōng）單元，數控係統打開安全門、鬆開夾具，並將門已開與夾具（jù）已鬆信號發送給總控（kòng）；總控接收到門（mén）已開（kāi）信（xìn）號（hào）與夾具已鬆信號，並將允放信號發送給機器人；機器人接收到（dào）允放信號後將工件放入機床，並回（huí）到安全點，發送放完成信號給總控；總控接到放完成信號後發送夾具夾緊與門關信號給（gěi）數控係（xì）統，數（shù）控係統將夾具夾緊，安全門關閉，並將夾緊信（xìn）號與門已（yǐ）關信號發給總控；總控發送ＣＮＣ繼續運行信號給數控係統，數控係統繼（jì）續（xù）運行，加工完成（chéng）後，發送加工（gōng）完成信號（hào）給總控（kòng）；總控接到加（jiā）工完成信號，發送門開與夾（jiá）具鬆開（kāi）信號給數控係統，數控係統（tǒng）將（jiāng）夾具鬆開，安全門打開，並將夾具鬆開信號與門已開信號發給總控；總控（kòng）接到夾具鬆開信（xìn）號與門已開信號，發（fā）送允取信號（hào）給機器人，機器人將工件取出，回到安全點，並將取完成信號發送給總控（kòng）；總控接（jiē）到取完成信號，將關門信號與（yǔ）夾緊信號發送給數控係統。

３、工作站遠程（chéng）監控界麵組態設計

實驗軟件采用西門子公司開發（fā）的（de）上位機組（zǔ）態軟件ＳＩＭＡＴＩＣ　ＷｉｎＣＣ，與西（xī）門子ＳＩＭＡＴＩＣ　Ｓ７－１２００（ＣＰＵ１２１２Ｃ）建立（lì）通信連接，可實現對工作站自動上下料過程的在線監控，生動、直觀地展現機械手上下料動（dòng）態過程，便於（yú）技術維（wéi）修（xiū）人員盡（jìn）快定位故障點、排（pái）除故障；另（lìng）外學生在觀察（chá）上下料內部過（guò）程及ＰＬＣ的運（yùn）行狀態後，可增強其對工作站（zhàn）的了解。

３.１、工程（chéng）建（jiàn）立及通信配（pèi）置

ＷｉｎＣＣ項目創建首（shǒu）先（xiān）打開博圖軟件，在項目樹（shù）中點（diǎn）擊【項目】，【添加新設備】，選擇（zé）【ＰＣ係統】中的【ＷｉｎＣＣ　Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ】，點擊添（tiān）加；在【網絡視圖】下，給添加的模塊配置通信模塊———“常規ＩＥ”；在【網絡（luò）視圖】下，單擊上方的【連接（jiē）】選項，通過拖拉將【ＷｉｎＣＣ模塊的ＩＥ接口】連接到【ＰＬＣ的ＰＲＯＦＩＮＥＴ接口】上即可完成通訊配置。在控製麵板下，單擊右上方的搜索框，輸入ＰＧ，點擊設置【ＰＧ／ＰＣ接口】，在配（pèi）置窗口中打開【下拉菜單】，選擇【Ｓ７ＯＮＬＩＮＥ（ＳＴＥＰ７）】選項，然後在下方窗口中（zhōng）選擇【電腦網卡型號的ＴＣＰ／ＩＰ．ＡＵＴＯ．１】，點擊（jī）左（zuǒ）下方確定完（wán）成配置。

３.２、添（tiān）加畫麵

在項目視（shì）圖【ＨＭＩ＿ＲＴ＿１［ＷｉｎＣＣ　Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ］】下，打開【畫麵】選項（xiàng），添（tiān）加（jiā）新畫麵，選擇畫麵右（yòu）鍵【重命名】畫麵名稱，同時設置（zhì）畫麵大小。選中要更改的畫麵，右鍵選擇（zé）【動態化總覽】，在【周期】的選項中（zhōng）將時間周（zhōu）期改為２５０ｍｓ。

３.３、建立組態連接

將上下料裝置監控畫麵內的各種對象分別與ＰＬＣ變量（liàng）之（zhī）間建立關係，當ＰＬＣ變量值（上（shàng）料與下料（liào）動作）改變時，在畫麵上能夠直觀地看（kàn）到圖形對象的動畫效果（guǒ）。

３.４、運行調試

右擊（jī）【ＨＭＩ＿ＲＴ＿１［ＷｉｎＣＣ　Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ］】，在跳出的菜單中選中【開始仿真】，點擊即可跳出仿真頁麵。圖２為上下料工（gōng）作站的信號監控界麵，可以監（jiān）控安全門（打開、關閉）、夾具運動（夾緊、鬆開）、機械手快換（夾緊、鬆開）、數控係統（運（yùn）行、暫停（tíng））等動作的執行（háng）。圖３為（wéi）上下料工作站（zhàn）的流程監（jiān）控頁麵，可以對整個上下料過程進行（háng）實時監控。

圖２. 上下料工作站的（de）信號監控界（jiè）麵

４、結束（shù）語

本方案設計的自（zì）動上（shàng）下料工作站結構簡（jiǎn）單，不（bú）但（dàn）能夠滿足學生對上（shàng）下料流（liú）程的Ｓ７－１２００的編程實訓（xùn），學生還可以利用ＰＬＣ　ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　ｔｏｏｌ編（biān）程軟件編寫機（jī）床（chuáng）側（cè）數控ＰＬＣ，完成對數控係統ＰＬＣ的技術改造。實踐證明，該裝置實用性強，對今後的教學工作以及自動生產線的改造（zào）具有參考意義（yì）。

圖３. 上下料工作（zuò）站流程監控界麵

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