近年来,随着冶金、造纸、印染行业的迅速发展,对轧辊磨削技术的要求亦愈来愈高,目前轧辊磨削直径可达2400mm,最大重量达150 t,轧辊的几何精度均为μm级。因此,各轧辊磨床制造厂家均相继对其产品进行系列更新:如采用静压导轨技术、动静压磨头技术、数字定位技术、补偿技术等;改善机床结构性能;增加自动测量装置;开发高性能的轧辊磨削数控系统等,以满足各种不同用户的需求。

1 PMAC简介

PMAC (programable multiaxes controller)可编程运动控制器是美国Delat Tau公司推出的开放式多轴运动控制器,该控制器自带高速CPU,并提供快捷的可视化开发平台,是众多运动控制器中性能比较优越的控制器之一。PMAC运动控制器功能强大,它集成了位控板、PLC、I/O 等多个功能模块,CNC系统低层的实时任务大多由PMAC来完成,CNC系统的接口也都是围绕PMAC来设计的。它使用Motorola的DSP560001数字信号处理器作为它的核心,提供运动控制、离散控制、内务处理、同主机的交互等强大功能。它可同时控制1～8个轴,既可单独执行存储于其内部的运动程序,也可执行运动程序和PLC程序,并可进行伺服环更新及以串行方式、并行方式、双端口RAM方式和上位PC机通信。基于PMAC优良的处理功能和开放性,尤其是其强大的运动控制能力,为此,选择了PMAC作为轧辊磨床数控系统的基础。

2 硬件结构设计

系统硬件结构框图如图1所示。使用的PMAC运动控制器可同时控制5根轴,各轴既可以单独运动又可联动,给开发人员提供了很大的灵活性。主要的运动轴有3根:拖板往复移动轴( Z轴) 、磨架横进给轴(X轴) 、中凸(凹)正弦曲线磨削轴(U 轴) 。另外两根是CNC测量轴( X1、X2 轴) 。在图1 中,ACC - 8P是外接接口卡, PMAC通过它带动伺服单元, 同时编码器的反馈信号也是通过它反馈到PMAC中。每个ACC - 8P可提供4个伺服驱动器接口, 3个ACC - 8P的12个接口除了接5个伺服电机外,还用于接编码器、光栅尺、手动脉冲发生器等。PMAC通过外接扩展I/O接口卡ACC - 3E控制各个I/O口,包括控制面板上各个按钮、信号灯的控制及砂轮电机、头架电机、各液压电机的起停等。

图1系统硬件连接图

整个系统的硬件设计除了总体设计外,还包括面板设计、系统的强电和弱电控制设计、电控柜及支撑件设计等方面的内容。

3软件设计

该系统是以PMAC作为CNC模块,工控机系统为系统支持单元的双CPU数控系统。可进行人机接口和非实时控制部件的定制和参数化、实时控制部件的参数化。工控机作为上位机, 负责各种资源管理, 对下位机程序调度与控制、与下位机实时通信, 以及人机交互功能的实现; PMAC作为下位机, 完成对轧辊磨床的运动控制和各种辅助操作的控制。这种设计充分考虑了控制系统的可靠性、高效性, 便于软件系统的开发、维护与升级。PC主机的应用程序部分以W indows98为开发平台, 借助于MicrosoftVisual C+ + 6. 0软件编制完成的。其主要功能有: (1) 提供良好的应用程序接口、人机界面; (2) 完成大量的控制模型计算; ( 3) 接收来自PMAC的信息并作相应的处理; (4) 向PMAC发送信息和任务。

从模块化的角度看,控制系统软件主要由: 加工程序解释模块、插补模块、PLC监控模块、伺服控制模块、数字化模块等组成。其中, 加工程序解释模块由PMAC提供的功能模块来实现; 插补模块包括直线插补、圆弧插补及样条插补等; 加工过程的实时检测就需要PLC模块来实现; 伺服控制模块主要根据PMAC实时得到的加工状态信息,由PC主机完成相关计算, 得到控制量后再下载到PMAC, 最后由其控制伺服电机的动作。数字化模块根据精密测头及光栅尺的反馈信息运用专门的控制算法, 完成轧辊辊面形状和辊径的数据采集。其功能模块如图2所示。

图2PMAC实时控制软件模块图

4结论

该数控系统以通用工控机为基础,采用功能强大的运动控制器PMAC完成对轧辊磨床的运动控制和各种辅助操作的控制,使得数控系统具有比专用数控系统更好的人机交互能力和上层应用系统集成能力,便于生产厂家和用户对系统功能进行定制和参数调节,使系统具有更好的维护性。该系统用在天水星火机床有限责任公司制造的MK8480轧辊磨床上,取得了良好的效果。