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梁 媛，孙建业, 魏成峰 (沈阳理工大学 辽宁省高速切削工程技术研究中心，辽宁 沈阳 110159) 摘 要：为了解决托辊生产线操作与调试困难的问题，设计了基于SIEMENS 840D的托辊加工生产单元控制系统的硬件连接以及多个按钮站。按钮站采用840D内置SIMATIC S7-300PLC控制，通过PLC程序，实现了MCP与按钮站功能上的准确呼应，解决了单个MCP给托辊生产单元带来的操作与调试的不便，满足了客户要求。 关键词：MCP；按钮站；S7-300PLC 托辊是带式输送机的主要部件，广泛应用于工业领域。图1中的托辊制造生产线分为若干个生产单元，每个生产单元都是以具有多方式组、多通道功能的SIEMENS 840D数控系统为核心建立起来的单元自动化控制系统。其中，方式组即为几种不同操作方式划分的组；通道可以理解为插补器，多个通道可以实现多个插补运动。在托辊加工生产线中，每一个方式组分配一个通道， 通道之间既可以同步运行，又可以单独运行，大大提高了加工效率，但是一个生产单元只有一个MCP面板，不利于工作人员操作与调试；因此，设计了若干个自制的按钮站(包括按钮板和手持单元)，功能上与MCP遥相呼应。按钮站具体功能由PLC实现[1-5]。  图1 托辊制造生产线 本文以托辊管线一单元为例，说明MCP和几个按钮站如何与840D数控系统建立通信连接，以及实现几个重要功能按钮的PLC程序。 1 硬件连接托辊管线一生产单元共拥有25轴，NCU选用支持31轴的NCU573.3，配有一个MMC(人机通信界面，包括OP010、PCU50和一个标准西门子机床控制面板MCP483C)。MMC单元及按钮站如图2所示。根据该单元输入输出I/O口的需要,内置IM360扩展了2个SIMATIC S7-300PLC机架。MMC通过MPI总线电缆与840D NCU连接，各个按钮站上的按钮、开关和指示灯直接连接在S7-300PLC的扩展机架I/O模块上，手轮信号通过电缆连接到与840D NCU连接的分线盒上。系统接线图如图3所示。  图2 MMC单元及按钮站  图3 系统接线图 2 功能要求托辊生产单元的MCP与多个按钮站需要实现的主要功能如下。 1)轴选按钮。每台MCP及按钮站上标有轴选按钮，在手动方式下，当按下某一按钮时，该轴激活，相应轴指示灯亮，此时可进行手摇及手动操作；当按下另外按钮时，相应轴激活，并取消上一次的轴选择。如果不在手动操作方式，轴选按钮仅实现切换当前通道至所选轴所在通道。 2)手持单元。当手摇轮使能开关为“ON”时，手摇指示灯亮，此时可按相应手摇倍率进行正、反向手摇操作。 3)总启动/停止。MCP及各按钮站在自动状态下，按下相应单元MCP的绿色启动按钮，相应单元加工开始；按下红色停止按钮，加工暂停；再按下绿色启动按钮，加工重新开始，发现紧急情况按下MCP上红色急停按钮。 4)按钮站上循环启动/停止。按钮站上循环启动/停止按钮，只能在AUTO下控制MMC当前显示的通道NC的启动与停止。当遇到紧急情况时，按下按钮站上急停按钮。 5)自动和调整。在当前通道下，当搬拨开关搬向调整/自动按钮时，操作方式切换至手动/自动，相应指示灯亮。 3 软件设计3.1 MCP与PLC通信的实现 3.1.1 FB1参数设置 对于标准的MCP面板，直接调用西门子标准功能块FB1，即可实现MCP在PLC中的地址分配，以及对840D数控系统的方式组数、通道数和MCP面板个数等参数的设置。由于该生产线中的手持单元是自制的简便式手轮装置，所以并未在此处设置HHL的起始地址等参数。具体参数设置程序如下： CALL FB1，DB7 IN0 :=1∥MCP面板个数 IN1 :=PI 0.0 ∥MCP输入起始地址 IN2 :=PQ 0.0 ∥MCP指示灯起始地址 IN3 :=PQ 8.0 IN4 :=PQ 12.0 IN5 :=6 ∥MPI地址 IN6 :=S5T 700MS IN7 :=S5T 200MS IN8 := … … IN41 :=S5T 200MS IN42 :=S5T 50S IN43 := IN44 :=TRUE … … 3.1.2 FC19参数设置 FC19实现MCP面板信号的去向，但是FC19程序中并未对用户自定义键编辑特定功能，所以用户可以随便开发，不局限于面板信号的去向。另外，为了充分利用MCP面板非自定义键，在设置FC19时，不能将面板信号固定指向某个特定通道，应随通道的变化而变化。MMC显示哪个通道，面板信号传输给哪个通道，方式组号和当前通道主轴号的参数也由当前显示的通道号所决定。当然，上述功能都需要其他的PLC程序辅助才能实现，具体程序如下： Network1： L DB19.DBB22 ∥当前MMC显示通道号 T MW 402 A( L MW 402 L 1 ==I ∥MMC当前显示通道与1作比较 ) ∥比较结果为真，激活M6.0 = M 6.0 ∥对应通道1 … … A( L MW 402 L 9 ==I ) = M 6.8 ∥对应通道7 A( L MW 402 Network2： A M 1.0∥总为1状态 = L 0.0 A L 0.0 A M 6.0 JNB M001 L B 16 17 ∥通道1主轴号 T MB 406 M001: NOP 0 A L 0.0 A M 6.1 JNB M002 L B 16 0 ∥通道2主轴号 T MB 406 M002: NOP 0 … … M008: NOP 0 A L 0.0 A M 7.0 JNB M009 L B 16 0 T MB 406 M009: NOP 0 Network3 CALL FC 19 IN0 :=DB19.DBB22 IN1 :=DB19.DBB22 IN2 :=MB 406 ∥当前通道主轴号 OUT3 :=M 7.5 OUT4 :=M 7.6 3.2 轴选按钮功能的实现 轴选功能主要实现切换通道以及在JOG模式下选中该轴。以轴选9按钮为例，程序如图4所示。其中，I5.2和I53.3分别是MCP和按钮站上的轴9的轴选按钮地址；DB19.DBX33是通过PLC切换MMC(机床操作面板)界面上显示通道号的接口信号；DB19.DB32.6是PLC与MMC建立的应答机制，PLC设置DB19.DB32.6为1发送通道选择请求，MMC上显示通道正常后会将DB19.DB32.6复位；DB11.DBX6.2是方式组1中MMC给PLC的操作方式JOG的反馈信号，放在此处用于实现JOG下轴被选中；Q3.3和Q53.4分别是MCP和按钮站上轴9按钮显示灯。其他具体的PLC接口信号可以查阅840D相关手册。 3.3 自制手持单元功能的实现 手持单元中除了手轮，使能开关与倍率开关都是直接连接SIMATIC S7-300PLC的I/O口，通过直接编辑PLC程序来实现基本功能。手持单元应满足在选中某轴后情况下激活才有效，然后进一步操控倍率开关和手轮。为防止与MCP面板上的倍率按钮冲突，编写了手轮倍率开关优先的PLC程序。以轴9为例，编制程序如图5～图7所示。  图4 轴选9程序  图5 手轮使能  图6 设置方式组1倍率  图7 手轮倍率优先 3.4 总启动/停止，循环启动/停止 MCP上的总启动/停止按钮输入点是并联在各个按钮站单元的循环启动/停止输入点中，但只有当各个通道的操作方式都处于自动状态操作才有效。当按下MCP上总急停按钮时，所有轴脉冲使能取消，各通道NC复位，抱闸电动机抱闸各轴停止,部分硬件断电和动作保持；按下按钮站上急停时，只对MMC当前显示通道NC复位，该通道内的各轴停止，按钮站内其他部件停止动作。按钮站上的循环启动/停止按钮应在当前通道处于自动状态下，即搬拨开关处于自动/调整且自动/调整指示灯亮时才能有效。由于篇幅所限，只取部分程序加以说明。 实现托辊生产线单元一的MCP面板总启动，NC启动按钮与GJ6按钮站上循环启动按钮功能的PLC程序如下，总停止及循环停止程序与此程序相似不再赘述。 在按钮站上自动操作方式下，MCP可以进行AUTO与MDI切换；按钮站上调整操作方式下，可以实现各种手动操作。具体程序如下。 Network4： A( A M 6.7 ∥前面程序已说明当前显示通道8 A I 2.1 ∥MCP面板上NC启动按钮 O I 71.2 ∥GJ6按钮站上的循环启动按钮 O I 60.1 ∥ MCP上的'总启动' ) A( O DB11.DBX146.0 ∥NCK给PLC的AUTO接口信号 O DB11.DBX146.1 ∥NCK给PLC的MDI接口信号 ) A Q 52.2 ∥GJ6自动指示灯 = DB28.DBX7.1 ∥通道8NC启动接口信号 Network2： A M 1.0 = L 0.0 A L 0.0 A I 69.5 ∥GJ6调整 = Q 52.3 ∥GJ6调整指示灯 A L 0.0 AN I 69.5 ∥GJ6调整 = Q 52.2 ∥GJ6自动指示灯 A L 0.0 A DB28.DBX35.2 ∥NC给PLC的程序状态运行 = Q 52.1 ∥GJ6循环停止指示 A L 0.0 A DB28.DBX35.0 = Q 52.0 ∥GJ6循环启动指示灯 A L 0.0 A Q 52.3 FP M 52.5 = DB11.DBX140.2∥方式组8的JOG操作方式 A L 0.0 A M 6.7 = L 0.1 A L 0.1 A I 0.0 A Q 52.2 = DB11.DBX140.0∥方式组8的AUTO操作方式 A L 0.1 A I 0.1 A Q 52.2 = DB11.DBX140.1∥方式组8的MDI操作方式 A L 0.0 A Q 52.2 FP M 53.0 = DB11.DBX140.0 4 结语通过对FB1、FC19参数设置和托辊管线一单元相关PLC 程序的设计与研究，实现了基于SIEMENS 840D数控系统单个MCP与多个按钮站在功能上的准确呼应，方便了工作人员对托辊生产线的操作和调试，满足了客户要求。本文着重对几个重要按钮的功能和PLC程序做了详细说明，设计思路可以运用到其他产品的加工生产线中。 参考文献： [1] 廖常初. S7-300/400 PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社,2011. [2] 杨安园, 张卜生, 王庭有. 基于 PLC 的矿山运输监测控制系统的研究[J]. 新技术新工艺, 2014 (2): 70-73. [3] 张顺星, 张玉洁. 基于 PLC 的组合工件自动分拣系统研究与设计[J]. 新技术新工艺, 2015 (9): 16-18. [4] 李道霖. 电气控制与PLC原理及应用[M]. 北京：电子工业出版社, 2004. [5] 孙平. 可编程控制器原理及应用[M]. 北京：高等教育出版社, 2003. 责任编辑 马彤 Design and Application of Button Stations in Roller Production Line based on SIEMENS 840D System LIANG Yuan, SUN Jianye,WEI Chengfeng (Engineering Technology Research Center for High Speed Cutting, Shenyang Ligong University, Shenyang 110159, China) Abstract：In order to solve the difficult problem of operation and debugging of the roller production line, the hardware connection of the production control unit system of the roller and the multiple button station were designed based on SIEMENS 840D. Button stations were controlled by built-in SIMATIC S7-300PLC of 840D, and through PLC program, it was realized that achieving accurate function echo between MCP and button station, and solving the inconvenience of operation and debugging brought from the individual MCP in roller production unit. The design meets the customers' requirements. Key words：MCP, button stations, S7-300 PLC 中图分类号：TP 23 文献标志码：A 作者简介：梁媛(1965-)，女，副教授，主要从事数控技术及现代化制造技术等方面的研究。 收稿日期：2016-11-18 |
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