水平下调式三辊卷板机开放式数控系统的开发

卷板机是将钢或其它金属,非金属板弯曲成相应曲率制件的设备。近年来,随着石油化工、原子能、造船、宇航、水电、汽车制造、铁路运输及建筑等行业的迅速发展,对于各种形状,规格以及高精度要求的板材制件的需求量也随之急速增加。卷板机在我国已形成一定的规模,其制造水平也在不断的提高。但目前国内生产的数控卷板机大都使用简单NC 控制,加工效率低,功能相对单一,一个型号的卷板机只能加工一个规格的产品,例如,加工圆筒的卷板机只能加工圆筒,而不能加工锥筒,缺乏灵活性。本文结合某厂W11X1300 ×10 水平下调式三辊卷板机的改造,提出了卷板机数控系统IPC + PMAC 的设计方案,并对驱动系统进行了全液压伺服设计,用数控系统直接控制液压系统,可以加工不同型号高精度的圆筒和锥筒,具有一定的柔性。

1 卷板机的结构及工作原理

W11X1300 ×10 水平下调式三辊卷板机是该厂生产的中型卷板机,如图1 所示。其中上辊可以上下运动,其运动由两端的液压缸驱动。2 个下辊可水平移动,且下辊间距可调。3 个辊的回转由液压马达驱动。

卷板是利用卷板机对板料进行连续3 点弯曲的过程。如图2 ,卷板工艺过程大致分为4 步:预弯、对中、卷圆、矫圆。

2 卷板机数控系统设计

基于PC 机和WINDOWS 操作系统的开放式、模块化数控系统是当今数控技术发展的主要方向。在PC 机的WIN95/ N T 下有2 种方法可以实现数字控制:一种是由一台计算机和一些功能模块组成的单机模式,这种模式在硬件成本上是较为便宜的,但在软件的编写上却相当复杂,不便于普通用户的二次开发;另一种是并行双CPU 上下位机通讯模式,相对而言该种模式具有更大的灵活性,是一种便于用户化开发的全方位的开放式体系结构。本数控系统采用开放式数控系统的标准设计,即第2 种方法,使用了IPC + PMAC 的开放式结构体系,将PMAC 插入PC 机中所构成的数控系统的硬件系统,运行速度快、控制精度高;数控系统软件用VC + + 610 开发,使用美国DEL TA TAU 公司提供的动态链接库PCOMM ,开发周期短。

2.1 数控系统硬件设计

2.1.1 数控系统硬件结构

本系统的硬件采用目前国内流行的工控机+ 运动控制卡的结构体系,系统硬件结构如图3 所示。工控机采用了研华PC104/ PIII500 型嵌入式工业控制机,该机结构紧促,体积很小,因而节省数控柜的空间,而且主板上有104 总线,为PMAC 提供了总线接口。工控机作为系统的主处理器,负责系统的管理、人机界面动态显示、加工程序编辑、预处理及系统参数的设置,在后台运行。

运动控制卡采用美国DEL TA TAU 公司的PMAC2/ 104 型控制卡,它提供了104 总线接口,可以直接插接到工控机上。PMAC 自带独立的高速CPU ,相当于一台独立的计算机,可以脱机独立运行,也可以通过总线或者RS232/ 422 串口和计算机通讯,作为从处理器,与主机构成主从结构的双CPU 数控系统,本系统即采用这种结构体系。PMAC 卡带有数字信号处理器DSP ,具有强大的数字运算能力,完成数控插补、PLC程序运行等实时任务,在前台运行。这样,开发者就可以避免在非实时性操作系统WIN95/ N T 下花大量精力和时间实现数控系统实时性任务,而只要开发上位人机交互、加工文件下载、机床状态量读取等非实时的任务。工控机和PMAC 卡通过总线通信,来完成命令转送和数据的交换。两者之间的通信是实时的,通过调用美国DEL TA TAU 公司提供的动态链接库PCOMM 的函数来实现。

2.1.2 数控系统接口设计

PMAC 卡的J 2 口是8 路开关量I/ O 口,但在本系统中,要用到的开关量多于8 路,故在此口上加了一块ACC —34AA 智能I/ O 板,该板带有32 路的输入输出口。其中一部分输出口用来控制液压系统中的电磁换向阀的电磁铁,电磁铁的控制电流在1～2 A ,而I/ O 板只能提供几十mA 的驱动电流,不能直接驱动电磁铁,故系统中使用固态继电器做为中间继电器,使两者的接口电流匹配,为了便于安装和节省空间选用集成的固态继电器板。

2.2 数控系统软件设计

卷板机数控系统采用开放式的结构体系,系统软件使用面向对象的系统分析与设计方法,模块化设计,用面向对象的高级语言VC + + 610 实现,使得系统维护方便,便于功能扩充。系统软件包括运行在上的IPC 的人机界面程序、上位机和下位机的通信驱动程序和PMAC 中对各种输入输出量进行监控的PLC程序等3 部分。系统软件结构关系如图4 所示。可以看到,PCOMM 在用户程序和PMAC 卡之间起到一个桥梁作用,由动态链接库提供的函数同底层的虚拟设备驱动程序(WINDOWS9X) 进行数据交换,然后由虚拟设备驱动程序直接和硬件交换数据。

2.2.1 人机界面程序的编制

本系统的人机