摘 要：數控轉塔衝床的控製係統運用（yòng）的是（shì） PC 與軟 PLC 結合，基於 TwinCAT 平台上（shàng）完成人機界麵的操作，通（tōng）過分析（xī）處理所輸入的信息，將 I/O 模塊反饋至 PLC 之中，以（yǐ）實現驅動各部（bù）件運作和信息交互的目（mù）的（de），並且在 Visual Studio.NET2008 中采用 C# 語言設（shè）計人機界麵（miàn）。
 
        關鍵詞：人機（jī）交（jiāo）互；TwinCAT；軟 PLC
 
        1 、數控轉塔衝床的組成
 
        基於 PC 的控製係統能夠大幅（fú）提升係統的信息儲存能力、靈活性和連接性，是一個集成化、多功能的開放式平台。為滿足現（xiàn）代化生產的需要（yào），使係統（tǒng）的維護更加方便，結構更加緊湊，本係統采用的是軟 PLC 與 PC 的結合，研究對象是 ET-300 係列的數（shù）控轉塔衝床（chuáng）。該衝（chōng）床包括以下幾個（gè）組成部分：
 
       ①數控係統。能夠完成自動加工的轉塔（tǎ）衝床其核心是數控係統，不（bú）但能控製機床各功能的部件，完成加工任務，對（duì）操作人員的（de）操作命令進（jìn）行接收，還能對轉塔衝床（chuáng）的加工環境和工作狀態進行實時的監控。
 
      ②伺服係統。轉塔衝床一個最主要的（de）部件就是伺服係統，它能夠實現轉塔（tǎ）衝床各軸位置、速度的精確控製，對數控係統的運動（dòng）命令加以接受，並直接驅動各（gè）軸運動。
 
      ③電氣係統。電氣係（xì）統主要涵蓋氣動部件、傳感器、電動機與數控係統以及氣動控（kòng）製回路和各種（zhǒng）被轉塔衝床所用到的傳感器。電氣（qì）係（xì）統的樞紐是（shì）電器櫃。
 
      ④機床床身（shēn）。涵蓋外罩、底座等。
 
      ⑤傳（chuán）動係統。涵蓋 c 軸傳（chuán）動機構、t 軸傳動機構、y 軸傳動機構、x軸傳（chuán）動機構和主軸傳動機構。
 
      ⑥輔助部件（jiàn）。為實現一些特殊（shū）的功能還需要工件夾鉗、定位裝置等輔助部件。
 
      2 、設計數控係統和人機界麵
 
      控製係統有（yǒu）軟件和硬（yìng）件兩部分（fèn）。控製係統的硬件（jiàn）部（bù）分主要包括端子係統、伺（sì）服係統、總線係（xì）統和 IPC 等（děng），其驅動伺服電動機來實現相應動作的完成是通（tōng）過控製伺服驅動器來實（shí）現的，這需要實現 IPC同端子係統和伺服係統的通信，EtherCAT 總線與工控機連（lián）接（jiē），並運用以（yǐ）太（tài）網現場（chǎng） EtherCAT 總線技（jì）術。端子係統能夠（gòu）實現信息的傳輸和反饋，它連接執行開關和外部傳感器等。工控機選用 EK1110 的EtherCAT 總線耦合器，配備（bèi） PC 控製麵板，所采用的 C6150 由BECKHOFF 提供（gòng）。這種數控轉（zhuǎn）塔衝床需配備 4 個伺服驅（qū）動器。輸入、輸出的端子模塊由 EL1008-8 通道數字量來（lái）完成，並通過連接外部（bù）的執行器（qì）和傳感器確定其具體的個數。控製係統（tǒng）的硬件組成結構如（rú）圖 1 所示（shì）。
   
  

      
                     圖 1 控製係（xì）統硬（yìng）件組（zǔ）成圖（tú）
     
      能夠完成控製係統功能（néng）的核（hé）心部分（fèn）就是控（kòng）製係（xì）統的軟件部分，這涵蓋操作係統、上位機（jī）程序、組態（tài）軟件、軟 PLC、TwinCAT 平台以及人機界（jiè）麵程序（xù）。軟件部分的基礎就是 TwinCAT，這是組態軟件和軟PLC 的運行平（píng）台。在 TwinCAT 平台上有上（shàng）位機程序，以負責完成TwinCAT 控製係統的交互與通信和用（yòng）戶操（cāo）作命令（lìng）的實現。為符（fú）合用（yòng）戶的需（xū）求，滿足（zú）簡便友好的特點，將 Windonws XP 操（cāo）作係統應用於IPC 上。
 
     人機界麵是一種為用戶（hù）與係統之間提供信息交互服務的媒介，它被廣泛地應用工業控製當中。在 Visual Studio.NET2008 中采用 C#的編程語言來設計人機界麵，並且盡量采用 Windows 界麵的兼容標準特征以滿足標準 Windows 係統被（bèi）絕大（dà）多數用戶所熟悉的要求。
 
     3 、在（zài） TwinCAT 平台上實現軟 PLC 係統的技術與結（jié）構
 
     3.1 軟 PLC 係統（tǒng）結構
 
     基於（yú） PC 的軟 PLC 要（yào）想實（shí）現傳統 PLC 的編程、存儲、控製和計算功能就要通（tōng）過軟件方法，經過現場總線和 I/O 模塊等物理設備來（lái）有效實現信號的輸出以（yǐ）及數據的（de）采集，它對自動化的工廠體係結構進行簡化，能把（bǎ）各種特定的應用、人機界麵、通信和控（kòng）製全部合（hé）為一體，並在同一個硬件（jiàn）平台上加以運用。這（zhè）兩者（zhě）都在同一個 IPC 內，其中運行係統（tǒng）負責應用程序的執（zhí）行和整個係統的管理（lǐ），開放係統則被應用於應用程序 PLC 的開發，兩個係統之間的通信通過 DLL 文件實（shí）現。
 
     3.2 軟 PLC 的技術實現
 
     本（běn）係統通過（guò） BECKHOFF 所提供專用的軟件 TwinCAT 來實現軟PLC，可編程控製器為 PC，IEC61131-3 標準被應用於其相（xiàng）應的編程工具（jù），能夠連接所有的使用微軟開放式標準（zhǔn）程序、帶用戶接口（kǒu）的數據通訊、用於 I/O 信號（hào）的 PC 卡和公共現場總線。倘若要求控製器（qì）要有（yǒu）較高的控製性和可靠性，提升實時監（jiān）控的（de）性能，就要選擇插槽式的（de） PLC。由於（yú）這種 PLC 有獨立地操作係統，故有（yǒu）準確的重新啟動和可靠（kào）的數據存儲功能。本係統采用（yòng）的是 TwinCAT PLC，即軟件式的PLC。
 
     3.3 使用 TwinCAT PLC
 
     軟 PLC 指的是 TwinCAT PLC，能（néng）讓 4 個虛擬“PLC CPU”在一個PC 機上運行，同時運行 4 個用戶任務（wù）。TwinCAT PLC 可以周（zhōu）期性地循環工作，並能完（wán）成輸（shū）出刷新、程序執行和輸入采樣。TwinCAT PLC可以選擇性地讀取輸入數據（jù）和狀態。其原理在於（yú）能把 TwinCAT PLC的輸入點視為一個串點序列，某個串點或每個串點均有相應的判斷條（tiáo）件，若條件不滿足（zú），就要把對應的輸入（rù）端點跳開（kāi）。
 
      4 、結語
 
      數控轉（zhuǎn）塔衝（chōng）床的控製係統是在基於 PC 的基礎上把軟 PLC 同PC 進行完美結合，其人機界麵與機床的交互通過內置軟 PLC 實現。其能對工業自動化的控製結構大大地加以簡化，有利於不（bú）斷地推進我國在控製係統的研究領域的事業的發展。