数控机床信息化接口建设的关键点分析

数控机床信息化接口建设的关键点分析

周兴兴1高曙光2

1浙江凯达机床股份有限公司，浙江诸暨，311800 2浙江凯达机床股份有限公司，浙江诸暨，311800

摘要：数控机床信息化接口建设对于其信息化建设、加工效率提升具有极其重要的影响和帮助。以数控机床信息化建设概述为主要出发点，分析信息化接口建设对于数控机床的重要性，提出具体的实现方法与设计方案，以供参考和借鉴。

关键词：数控机床；信息化接口建设；关键点

引言

数控机床作为当前制造行业最重要的装置之一，不仅具有精度高、高质量以及高效率等特点，还可以有效降低生产成本和资源浪费现象。随着经济与社会的不断发展，以信息化为基础的第4代工业革命已经逐渐拉开帷幕。美、德、日等西方发达国家将数控机床信息化建设提上的日程，旨在希望能将信息化更好的应用到生产工作中，促进工业效率的提升。

1.数控机床信息化工作原理以及作用

1.1技术的工作原理

首先，输入采样。在投入使用信息化后，具体的实践应用中，此技术会通过扫描，读取信号端的实际状态，在把读取到的内容，在设备中进行映像存储。进行执行操作时，状态如果出现了相应改变，内容没有出现变化，此时变化状态的读取，要通过下个输入采样才可实现。其次，程序执行。具体进行执行操作时，扫描工作会按照相应顺序展开，比如目标为梯形图，一般采用的顺利为自上而下、于左至右扫描。其中的各类指令，每当被扫描到后，将状态输入。在输入后，利用寄存器进行读取，然后具体的结果，会读入到元素寄存器中，所以会因为程序的执行，使实际寄存内容，出现一定改变。最后，输出刷新。完成相关程序后，会在此时进入输出刷新工作中，在锁存电路中，对输出继电器状态进行存储，并在相关驱动装置的作用下，完成输出工作，每次进行扫描任务，各图样都能具体扫描，而且也会在此期间输出刷新，确保不会改变锁存电路、映像寄存器内容。

1.2在数控机床中的作用

数控机床属于自动化机床，其中配备很多系统，而最为重要的是程序控制系统。整个机床的工作，会因为控制系统，可有效实现编码的控制，而且还可利用逻辑处理形式，控制其他指令程序，在此基础上让译码过程有效实现，利用数字的体现形式，清晰表示出各种指令。输入数控装置，输出控制信号时，一般会用数控装置来实现输出目标，机床动作进行综合控制，并结合图纸相关要求，自动化、智能化的加工机械零件。数控机床有着对应的控制对象，而此目标实际就是轴运转，通过智能化控制轴，确保机床能将更加复杂的加工程序完成。在运转方式上，机床要将逻辑关系预先设定，然后再对轴运转进行控制，通过轴运转，对整个电机运转进行带动。所以，轴运转的控制中，或者说对电机实施控制时，预先设定逻辑关系，要作为基础和关键来关注。但是，对于这种逻辑关系来说，必须利用可编程控制器，才能实现相关预设操作。从本质上对机床发展和产生分析，实际上就是为了把生产力提高，将劳动力解放出来，减少人为操作时，出现的各种错误和误差，让加工精度整体提升，这些目标都能利用信息化控制系统实现。除了以上价值体现，随着技术的完善和发展，在高新技术推动下，还能对数控机床加工进行控制，甚至是整个过程的控制，还能让控制向着智能化、人性化，以及简易化方向发展，实现了信息查询、输出和输入等功能后，让机床实操性显著提高，也可对加工领域智能化、信息化发展，进一步进行推动。

2.数控机床信息化接口建设与实现的方法

2.1信息化接口需求

提出国内某数控机床生产企业为有效提升数控机床生产效率，实现对数控机床自动化数据信息的收集与处理，与通用智能设备提供商（CE智能平台）签订“Proficy”数控机床生产监控系统订单，并对该企业的3号数控机床生产厂房实施和开展MCIS（MotionControlInformationSystem，运动控制信息系统）项目。目前，该企业拥有LGMazak数控机床32台，其中QTN型号24台、VCN型8台。该通用电气智能设备提供商实施的MCIS项目对LGMazak数控机床信息化接口建设的设计与实现要求如下：（1）CNC程序管理。主要用于数控机床加工程序的传输管理；数控机床信息读取和远程操作。（2）信息化接口设计具体要求：MCIS项目可以与数控机床PLC之间完成通信；通过MCIS输入数控机床数据信息，完成对数控机床的远程控制，如启动、停止和复位等。（3）MCIS项目读取数控机床数据信息，包括数控机床的使用状态、自动线状态、人工呼叫以及工件计数等。

2.2通信接口建设

（1）MCIS项目程序管理目标的实现：由于LGMazak数控机床的CNC系统内置网卡接口，具有重要的数据信息传输功能。（2）数控机床数据信息读取与远程操作。由于LGMazak数控机床PLC没有外置通信接口，无法实现与CC-Link（Control2CommunicationLink，控制与通信链路）之间的通信。所以，该通信接口的设计拟增加一套支持CC-Link通信能力的PLC实现LGMazak数控机床PLC和MCIS的通信。考虑到欧姆龙CP1L-EL20DR-D型的PLC具有实用、操作便捷以及高效等的特点，故选用该型号的PLC实现与数控机床的通信功能（图1）。

图 1 PLC 数控机床

2.3硬件电路

在实际操作环节，Modem数控机床PLC扩展需要通过一根电缆线与欧姆龙PLC连接（图2），将其安装于数控机床电柜的内部，接口通过与欧姆龙PLC数控机床远程操控模式的切换，实现对数控机床启动、使用、停止和复位4个信号的输入。其中，有3个接口是该数控机床预留好的3个信号，随着Modem项目的不断深入，可以实现更多关于MCIS数控机床的功能。Modem操作平台通过对某一台数控机床的调用实现远程操作，信号借助以太网交换机传输给与之相对应的欧姆龙PLC，欧姆龙PLC再将该信号通过IO的方式发送给数控机床PLC，作为数控机床的一个输入信号，从而不断完善MCIS远程操作数控机床的功能，部分接口是数控机床信息化接口设计的输出信号，这些信号作为欧姆龙PLC的重要信号，经过PLC将该信号输出，通过以太网交换机发送于Modem，实现对该数控机床信息化接口的建设目标。

图 2 Modem 对 PLC 的远程监控

3.数控机床信息化接口设计方案分析

数控机床信息化接口设计作为整个数控机床建设的关键所在，直接关系着数控机床自身的运行效率和质量，在对控机床信息化接口设计方案中，以某数控机床生产企业LGMazak信息化设计为主要研究对象，对其信息化接口设计进行分析。

3.1信息化接口设计原则

数控机床信息化接口设计过程中，应遵循节能、绿色、环保等设计原则，以此保证信息化建设的高效性，最大程度上提升信息化接口建设的效率。（1）合理化原则。数控机床信息化结构设计中合理性原则的运用，可以保证信息化接口设计更加有效。（2）节能性原则。节能性原则也是该数控机床信息化接口建设过程中应遵循的原则之一，该原则可以保证和促进LGMazak数控机床在未来的使用过程中更加高效与节能。

3.2信息化接口需求改造

数控机床进行信息化接口建设，还应当根据LGMazak数控机床在具体运行过程中的实际情况制定信息化接口建设目标，这也是对该数控机床信息化接口功能需求的满足。在本次建设工作中，主要对 2 台 LGMazak 数控机床的通信、数据信息获取以及各项功能的完善进行详细分析（表 1）。

表 1 LGMazak 数控机床信息化接口建设情况

3.3硬件设计

数控机床信息化建设接口，硬件是其中的一个重要组成部分，硬件设计即可以在一定程度上提升该数控机床运行效率，又能保证数控机床运行更加安全与高效。以LGMazak数控机床为主要研究对象，对该数控机床硬件设计流程进行系统分析，具体如下：（1）该数控机床硬件设计主要为PLC系统硬件设计，PLC系统作为整个数控机床的重要组成部分，在一定程度上直接决定数控机床的运行的可行性。为此，在对数控机床硬件设计中，可以将欧姆龙PLC作为LGMazak数控机床硬件设计的重要环节，大量实践证明：欧姆龙PLC硬件自身具备较高的运行效率和控制能力。（2）PLC在LGMazak数控机床硬件设计工作中，PLC应当通过对接口进行具体的应用，以此提升信息化接口建设的实效性，通过硬件设计保证接口设计的合理性与科学性。在硬件设计过程中，PLC接口拟设计8个硬件接口，MCIS项目拟设计4个接口，以此实现对整个数控机床远程状态下的启动和停止，最大程度上提升信息化接口建设的可行性。

3.4PLC程序设计

数控机床进行信息化建设还包含对PLC程序的建设，保证程序建设的合理性，在数控机床PLC程序设计工作中，主要对欧姆龙PLC完成设计，其中包括模式切换设计、启动设计、停止设计以及程序复位等诸多方面的内容，切实提升数控机床运行效率，保证数控机床欧姆龙与信息化接口的融合。同时，还要对该数控机床启动功能键进行更进一步的优化与完善，比如可以将其启动输入信号设置为输入1，代表的是数据信息指令。

3.5设计应用分析

数控机床信息化接口设计工作中，通过MCIS项目与LGMazak数控机床的有机结合，对该机床的启动、使用、停止和复位进行具体的分析。（1）在对机床的控制工作中，分别对机床在使用状态下的数据信息进行采集，证明LGMazak数控机床接口建设的科学性与合理性。（2）在具体的设计工作中，如果该机床中的某个设备或者系统出现损坏，该机床就会自动发出报警信号，故障点也会在MSIS系统中直接显示出来，证明LGMazak数控机床信息化接口建设的可行性。（3）在对该数控机床信息化接口的功能、作用和效益的分析过程中，对不同结构的数据传输进行检测，注重和加强对数据信息的获取，对该数控机床接口的可行性进行验证，实践表明：LGMazak数控机床信息化接口建设可行，可以正常投入使用，对于数控机床生产能力、质量保证具有重要的现实意义。

结语

数控机床信息化接口设计对于数控机床行业领域的健康与可持续发展具有极其重要的现实意义，以LGMazak数控机床信息化接口建设为主要出发点，分别从信息化接口需求提出、通信接口建设以及硬件设计3个方面对其建设方案进行详细分析与探讨，旨在为更多的数控机床信息化接口建设提供理论支撑与科学依据。

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