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【摘 要】冲压加工应用广泛，传统冲床效率低、精度差、工作环境差，安全条件差；数控冲床效率高、加工质量好，价格过于昂贵。中小企业受资金限制，简易式冲压设备使用较多，要提高产品质量，改善工作环境，提高产品竞争力，生产条件亟待提高。普通机床的数控改造，不仅能为企业大大的节约成本，而且能够充分发挥一些陈旧设备的价值，正好满足了这个需求。本文通过对Tiger 500型普通冲床进行数控改造实例分析，就普通冲床进行升级改造的数控化系统设计与开发进行了研究，制定出了对Tiger 500型普通冲床简单数控化改造升级的设计方案。通过上位机、PLC、运动模块实现对机床的自动化控制，通过触摸屏、组态软件开发编写系统控制功能，编写了数控冲床用户操作系统。
【关键词】数控冲床 PLC 组态软件 MCGS
一、冲压加工及数控技术
Tiger 500冲床主要是对各种板材如普通钢板、不锈钢钢板及铝板等进行冷压成形或冲孔。同类机床广泛应用于汽车，纺织机械，航空航天，电气和电子以及开关柜等行业。冲床属于点位控制的机床，在传统的冲床控制中一般采用的是继电器的控制，送料则一般采用手工方法送料。冲床数控改造主要是完成对其工作平台X、Y轴的伺服控制，通过编制加工程序，使其在数控系统的控制下完成规定的动作。
现代数控系统大部分采用32位的CPU，从而运行速度上有了很大提高；以往由外部机电结合来实现的功能，如今大部分已经集成为数控系统所具备功能，从而简化了机电的结构以及提高了其可靠性，人机界面也变的更加友好。数控系统与计算机功能也越来越接近，带硬盘、网络接口、USB接口，Windows操作平台更便于主机制造商个性化，使用起来更加方便。
在现代数控系统中，普遍采用可编程控制器（PLC）取代了传统的机床电器逻辑控制装置。PLC接受数控装置发出其数控辅助的功能的控制指令，从而进行机床操作面板和各种机床机电的控制/监测机构逻辑处理与监控，而且为数控装置提供机床的状态以及有关装置应答的信号。
二、控制系统总体设计
数控冲床采用的硬件结构主要是开放式的，其软件系统也同样是这种模式，下图构成了数控冲床的系统软件部分，还包括了报警，参数以及监控等部分。在屏幕上直接显示运动控制信号以及 PLC 输入输出信号和软元件数值，用组态软件将现场信号关联，现场加工情况用动画的形式显示。
ActiveX 控件的形式建立运动控制部分。API 函数由 DMC5400 运动控制卡所提供，它的功能是实现运动控制所需要的前进、后退、回原点及工件的定位运动等各项功能。
数控冲床的逻辑控制核心是PLC 程序部分，主要负责控制数控冲床加工模式以及各工位动作顺序等，主要有独立操作模块、连续运行模块、循环加工模块等。在开放式数控系统中以 PC 机作为上位机，在生产现场稳定性比较好。使用PLC 作为专用的控制器，会具有非常高的可靠性，当上位机有故障出现，仍然能保持机床正常动作的实现，避免了相关的硬件损坏。系统硬件框图如图2所示
系统软件设计系统中上位机软件包括程序编辑、程序编译、运动仿真、检测显示、通讯模块，下位机包括手动信号处理模块、冲床及送料控制模块和通讯模块。
三、组态软件MCGS 嵌入版
基于MCGS的基础上开发的MCGS 嵌入版，是专门应用于嵌入式的计算机监控系统组态软件。当利用计算机限制系统的成本，可靠性稳定性的同时，就需要用MCGS 嵌入版，它包括了数据采集，动画显示最后监控的流程，可以方便解决实际中遇到的问题，在自动化的各种领域中都有广泛的应用。
MCGS嵌入版在功能强大，多媒体画面，内容丰富生动；处理系统功能强，能够及时完成任务；操作界面简单易懂，灵活方便；多种多样报警功能，可供用户随意设置；强大网络通讯，便于快速远程数据传输。同时MCGS嵌入版具有工作速度快，占用空间小，抗干扰能力强，成本较低廉，通讯更方便，支持多种设备，操作十分简便等特性。具有与MCGS 通用版组态软件一样强大功能的MCGS 嵌入版组态软件，操作十分简单，方便简单的操作，经过很短时间的培训就可以完全掌握和使用。
组态环境和模拟运行环境相当于一套完整的电脑软件，在PC 机上运行。它的运行空间相对独立，用户可以指定方式对他进行运行方式的处理，最后有效的完成用户设定的任务。当组态工作完成，将组态好的工程通过串口，组态工程就可以独立的运行，从而方便地实现控制系统的实时性、可靠性、确定性和安全性。
由MCGS 嵌入版生成的用户应用系统，其结构主要由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成。主控窗口确定了工业控制中工程作业的总体框架，是应用系统的主框架，实时数据库作为系统的核心部分，用户窗口构建图形界面，达到“可视化”，系统与外界设备联系以设备窗口做媒介。
四、可编程控制器PLC
PLC在工业环境中运用的十分广泛，主要用于设备的自动化控制，编程十分简单易懂，而且其循环扫描的模式可以提高其抗干扰能力，稳定性强，可以控制简单的逻辑控制顺序控制，以及复杂的过程的控制，在自动化领域里应用十分广泛，本次数控冲床控制系统改造用的是三菱 FX2N 型可编程控制器。
根据数控冲床所能实现功能来确定PLC的程序架构。当机床正常工作时需要连续加工工件，即自动运行，加工过程不用人工干预；当我们需要单独的调试或者加工的时候，我们就可以进行单个的动作执行，单独控制，可以利用PLC的手动操作模块或者自动控制模块在完成这一功能。
当需要完成单独控制，利用手动或者自动控制的模块完成任务需要一定的前提基础。在PLC 上电之后，刚开始处于运行状态时，第一部要执行初始条件模块，之后可以执行独立操作和原点复归。在上述动作完成之后，就可以执行手动、自动运行操作，而各种模式的转换都是通过触摸屏实现。
五、运动模块选型
数控冲床的控制部分可以将硬件分为两部分，即伺服驱动器和交流伺服电机运动控制卡，本次设计分别选用松下公司MSMA082D1D型小惯量电机和雷赛控制技术公司DMC5400运动控制卡。
DMC5400 是一款以 ASIC 为核心、基于 PCI 总线的功能强大、性能优越的运动控制卡，可以控制多种私服电机，在多种复杂功能中作用强大。在执行完毕当前运动后，硬件能够自动地插补处理器并且立即自动装载运动参数，.同时执行该运动命令。具有连接平滑、反应速度快的优点。多个编码器信号可同时被DMC5400 接受，同时位置锁存函数也被提供，科十分迅速地完成任务。
松下MSMA 082D1D型电机及对应的伺服驱动器MSMD 082P1U.属松下MINAS系列的速度、.位置、.电流三环全数字化的交流伺服系统。IGBTPWM 控制方式，其系统响应十分迅速同时保证了精度相对较高，而且其体积较小被广泛应用。
综上所述，本文通过对原有Tiger 500型普通冲床进行检测分析，结合企业产品生产情况，制定出了对Tiger 500型普通冲床简单数控化改造升级的设计方案。数控冲床控制系统采用开放式硬件结构，相对应的软件系统也是开放式的，通过上位机、PLC、运动模块实现对机床的自动化控制，通过触摸屏、组态软件开发编写系统控制功能，编写数控冲床用户操作系统。项目进行过程中，改造了原机床电气系统，改装了工作台驱动电机、气动夹钳系统，编制了PLC程序，开发了数控化人机界面，实现了冲床加工程序的数控化。
【关键词】数控冲床 PLC 组态软件 MCGS
一、冲压加工及数控技术
Tiger 500冲床主要是对各种板材如普通钢板、不锈钢钢板及铝板等进行冷压成形或冲孔。同类机床广泛应用于汽车，纺织机械，航空航天，电气和电子以及开关柜等行业。冲床属于点位控制的机床，在传统的冲床控制中一般采用的是继电器的控制，送料则一般采用手工方法送料。冲床数控改造主要是完成对其工作平台X、Y轴的伺服控制，通过编制加工程序，使其在数控系统的控制下完成规定的动作。
现代数控系统大部分采用32位的CPU，从而运行速度上有了很大提高；以往由外部机电结合来实现的功能，如今大部分已经集成为数控系统所具备功能，从而简化了机电的结构以及提高了其可靠性，人机界面也变的更加友好。数控系统与计算机功能也越来越接近，带硬盘、网络接口、USB接口，Windows操作平台更便于主机制造商个性化，使用起来更加方便。
在现代数控系统中，普遍采用可编程控制器（PLC）取代了传统的机床电器逻辑控制装置。PLC接受数控装置发出其数控辅助的功能的控制指令，从而进行机床操作面板和各种机床机电的控制/监测机构逻辑处理与监控，而且为数控装置提供机床的状态以及有关装置应答的信号。
二、控制系统总体设计
数控冲床采用的硬件结构主要是开放式的，其软件系统也同样是这种模式，下图构成了数控冲床的系统软件部分，还包括了报警，参数以及监控等部分。在屏幕上直接显示运动控制信号以及 PLC 输入输出信号和软元件数值，用组态软件将现场信号关联，现场加工情况用动画的形式显示。
ActiveX 控件的形式建立运动控制部分。API 函数由 DMC5400 运动控制卡所提供，它的功能是实现运动控制所需要的前进、后退、回原点及工件的定位运动等各项功能。
数控冲床的逻辑控制核心是PLC 程序部分，主要负责控制数控冲床加工模式以及各工位动作顺序等，主要有独立操作模块、连续运行模块、循环加工模块等。在开放式数控系统中以 PC 机作为上位机，在生产现场稳定性比较好。使用PLC 作为专用的控制器，会具有非常高的可靠性，当上位机有故障出现，仍然能保持机床正常动作的实现，避免了相关的硬件损坏。系统硬件框图如图2所示
系统软件设计系统中上位机软件包括程序编辑、程序编译、运动仿真、检测显示、通讯模块，下位机包括手动信号处理模块、冲床及送料控制模块和通讯模块。
三、组态软件MCGS 嵌入版
基于MCGS的基础上开发的MCGS 嵌入版，是专门应用于嵌入式的计算机监控系统组态软件。当利用计算机限制系统的成本，可靠性稳定性的同时，就需要用MCGS 嵌入版，它包括了数据采集，动画显示最后监控的流程，可以方便解决实际中遇到的问题，在自动化的各种领域中都有广泛的应用。
MCGS嵌入版在功能强大，多媒体画面，内容丰富生动；处理系统功能强，能够及时完成任务；操作界面简单易懂，灵活方便；多种多样报警功能，可供用户随意设置；强大网络通讯，便于快速远程数据传输。同时MCGS嵌入版具有工作速度快，占用空间小，抗干扰能力强，成本较低廉，通讯更方便，支持多种设备，操作十分简便等特性。具有与MCGS 通用版组态软件一样强大功能的MCGS 嵌入版组态软件，操作十分简单，方便简单的操作，经过很短时间的培训就可以完全掌握和使用。
组态环境和模拟运行环境相当于一套完整的电脑软件，在PC 机上运行。它的运行空间相对独立，用户可以指定方式对他进行运行方式的处理，最后有效的完成用户设定的任务。当组态工作完成，将组态好的工程通过串口，组态工程就可以独立的运行，从而方便地实现控制系统的实时性、可靠性、确定性和安全性。
由MCGS 嵌入版生成的用户应用系统，其结构主要由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成。主控窗口确定了工业控制中工程作业的总体框架，是应用系统的主框架，实时数据库作为系统的核心部分，用户窗口构建图形界面，达到“可视化”，系统与外界设备联系以设备窗口做媒介。
四、可编程控制器PLC
PLC在工业环境中运用的十分广泛，主要用于设备的自动化控制，编程十分简单易懂，而且其循环扫描的模式可以提高其抗干扰能力，稳定性强，可以控制简单的逻辑控制顺序控制，以及复杂的过程的控制，在自动化领域里应用十分广泛，本次数控冲床控制系统改造用的是三菱 FX2N 型可编程控制器。
根据数控冲床所能实现功能来确定PLC的程序架构。当机床正常工作时需要连续加工工件，即自动运行，加工过程不用人工干预；当我们需要单独的调试或者加工的时候，我们就可以进行单个的动作执行，单独控制，可以利用PLC的手动操作模块或者自动控制模块在完成这一功能。
当需要完成单独控制，利用手动或者自动控制的模块完成任务需要一定的前提基础。在PLC 上电之后，刚开始处于运行状态时，第一部要执行初始条件模块，之后可以执行独立操作和原点复归。在上述动作完成之后，就可以执行手动、自动运行操作，而各种模式的转换都是通过触摸屏实现。
五、运动模块选型
数控冲床的控制部分可以将硬件分为两部分，即伺服驱动器和交流伺服电机运动控制卡，本次设计分别选用松下公司MSMA082D1D型小惯量电机和雷赛控制技术公司DMC5400运动控制卡。
DMC5400 是一款以 ASIC 为核心、基于 PCI 总线的功能强大、性能优越的运动控制卡，可以控制多种私服电机，在多种复杂功能中作用强大。在执行完毕当前运动后，硬件能够自动地插补处理器并且立即自动装载运动参数，.同时执行该运动命令。具有连接平滑、反应速度快的优点。多个编码器信号可同时被DMC5400 接受，同时位置锁存函数也被提供，科十分迅速地完成任务。
松下MSMA 082D1D型电机及对应的伺服驱动器MSMD 082P1U.属松下MINAS系列的速度、.位置、.电流三环全数字化的交流伺服系统。IGBTPWM 控制方式，其系统响应十分迅速同时保证了精度相对较高，而且其体积较小被广泛应用。
综上所述，本文通过对原有Tiger 500型普通冲床进行检测分析，结合企业产品生产情况，制定出了对Tiger 500型普通冲床简单数控化改造升级的设计方案。数控冲床控制系统采用开放式硬件结构，相对应的软件系统也是开放式的，通过上位机、PLC、运动模块实现对机床的自动化控制，通过触摸屏、组态软件开发编写系统控制功能，编写数控冲床用户操作系统。项目进行过程中，改造了原机床电气系统，改装了工作台驱动电机、气动夹钳系统，编制了PLC程序，开发了数控化人机界面，实现了冲床加工程序的数控化。