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一種基（jī）於Twin Cat的激光數控係統設計與實現

2020-7-31 來源：廣東（dōng）順（shùn）德工業設計研究（jiū）院廣東順德創新作者：熊翌竹，吳本濤，王春政

摘要：設計了基於Twin CAT的激光數控係統，以提高（gāo）數（shù）控人機交互平（píng）台的友好性和可（kě）定製性，實現業（yè）務領域的行業細分。係統基於Twin CAT提供的ADS通訊組件（jiàn），采用.NET平台進行邏輯業（yè）務編碼和（hé）界（jiè）麵搭建，實現了對PLC和（hé）CNC控製器的實時狀態監測和控製。現（xiàn）場應用（yòng）表明，係統配置靈活，人機交互強，可以很好地運用於激光數控的工件加工操作.

關鍵詞：Twin CAT；.NET；數控係統

0 、引言

數控係統是數字控製係統的簡稱[1]，英文名（míng）稱為Numerical Control System，它是一種專用計算機係統，配置有伺服驅動裝置[2]。通常用來對機械設備進行位（wèi）置、角度（dù）等量的動作控製[3]。

Twin CAT 數控係統采用開放式 CNC 編程理念。它（tā）具有全模（mó）塊化的軟件體係結構（gòu）和實時的配置係統，能（néng）夠兼容各種軟硬件平台。提供了標準（zhǔn）的通信協議組件，並支持各種高級編程語（yǔ）言。這使機械製造商和用戶可以方便地基於此平台進行二次開發出（chū）有個性的（de）應（yīng）用軟件，以進行行業區分。本文涉及的研發項目便是機床數控係統二次開發，主要側重高（gāo）功（gōng）率激光加工控製（zhì）做智（zhì）能（néng）化、專（zhuān）業化功能（néng）開發。本文基於 Twin CAT 平台（tái）主要講述上位機（jī）係統的設計與實現（xiàn）。

1 、Twin CAT框架簡介

Twin CAT （The Windows Control and Automa⁃tion Technology)，基於 Windows 的控製和自動化（huà）技術） [4]，主（zhǔ）要由PLC、NC、Windows 應用程序等各個軟件模塊組成，各個模塊配置（zhì）有地址和端口。在此框架上各個軟件模塊都是 Twin CAT 的一個（gè）獨立通訊節點，相互之間通過基於 ADS 通訊協議的信息路由器進行模塊間（jiān）的數據和信息交（jiāo）互。

2、係統設計與實現

2.1係統概要設計

本項目中，激光數（shù）控係統 HMI 直接與 PLC 交互，通過 PLC 間接控製 CNC，對實時性要求不高，主要體現人機交（jiāo）互和界麵簡潔可操（cāo）作。主要需要實現（xiàn）CNC軸移動（dòng）、倍率控製、圖形（xíng）顯示、工藝參數配置、事項信息顯示、設備運行狀態監視（shì）等功能（néng），並同時考慮界麵（miàn）靈活配置，人員權限配置（zhì）等功能。

Twin CAT 已經與微軟（ruǎn） VS Studio 無縫集成，對開發支持更加便捷和成熟，技術平台上選（xuǎn）用.NET平台（tái），基於VS2015開發實現。本（běn）係統設計架（jià）構圖如圖1所示。

其中 ADS 通訊層為 Twin CAT 框架中（zhōng）的路由層，可（kě）供 TWin CAT 框架中 PLC、CNC 實時（shí）係統、HMI 等節點接入，各節（jiē）點通過 ADS 通訊協（xié）議進行傳輸。本係統也作為其中的一個節點依靠 ADS 動

態庫（kù）組件進行接入，在.NET平台（tái）上實現各種（zhǒng）業務邏輯，與PLC和NC實時係統（tǒng）進（jìn）行交（jiāo）互。通過 Twin CAT ADS 訪問 PLC 變量首先要跟地址（zhǐ）建立（lì）連接。有地址和變量名兩種（zhǒng）方式。其中地址方式是指通過 Group Index 和 Offset Index 組合的（de）地（dì）址訪問 PLC 變（biàn）量（liàng）。

Group Index 一般用於區別（bié）寄存器類型，為常量，Offset Index 為變量的偏移地址，即表示 PLC 變量的地址。變量名方式是指在（zài）ADS 設備中（zhōng）每個變量（liàng）都有一個句柄，本項目中與PLC 變量的交互主要（yào）采用後者實現。

2.2 係統詳細（xì）設計與實現

各功能模塊都需要通過（guò） ADS 與（yǔ） PLC 和 NC 實時係統（tǒng）進行數據交互，隻（zhī）是（shì）有些（xiē）模塊是下發設（shè）置數據，有些則是召測顯示數據。添加對（duì） Twin CAT.Ads.dll 模塊引用，建立 Tc Ads Nc Server

和 Tc Ad⁃s Plc Server 對象，采用注冊事件的方式實（shí）現對兩種控（kòng）製器狀態（tài）的監測和操作模式識別，並對接收（shōu）的消息進行自定義處理。係統設計示意（yì）圖如圖2。

部分消息注（zhù）冊處理接口定義如下：

與PLC交互的收（shōu）發函數接口定義如下：

最終實（shí）現的係統主界麵如（rú）圖3。

圖3 係統主界（jiè）麵

3 、結束語

Beckhoff Twin CAT 係統軟件可通過多（duō） PLC 係統、NC 軸控製係統、編（biān）程環境和操作站，將任何兼容 PC“改（gǎi）造”成為一（yī）台實時控製器。本文（wén）基於Twin CAT 搭建（jiàn）的激光數（shù）控係（xì）統，配置靈活，人機交互強（qiáng），經過實際測試，可以很好（hǎo）地運用於激光數控的工件加工（gōng）操作（zuò）。

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