PLC与PC机的串行通讯在数控管切割机中的应用.pdf

第 1 期 2 0 1 2年 1月 机 械 设 计 与 制 造 Ma c h i n e r y De s i g nMa nu f a c t u r e 4 9 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 2 O 1 0 0 4 9 0 2 P L C与 P C机的串行通讯在数控管切割机 中的应用 冰 何 赛松徐 雷 四川大学 制造科学与工程学院， 成都 6 1 0 0 6 5 Ap p l i c a t i o n o f s er i a I c ommu n i c a t i o n b e t we e n PC a n d PL C i n CNC t u b e c u t t e r HE S a i s o n g， XU Le i Ma n u f a c t u r i n g S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g C o l l e g e ， S i c h u a n U n i v e r s i t y ， C h e n g d u 6 1 0 0 6 5 ， C h i n a 【 摘要】 针对串 行通讯技术在数控管切割系统中的运用， 介绍了五轴联动数控管切割机床的一般 系统构成和控制策略， 对数控 系统的核心控制单元横河 P L C的通讯协议进行 了详解， 列 出发送帧、 接收 帧的结构图， 同时介绍 了基 于 V B 6 ． 0的上位机 串行通讯程序开发控件 ， 给 出开发 串行通讯程序的流程 图， 写出的关键性代码经过简单修改， 即可运用于新的串口通讯程序开发中， 具有一定的实用性。研究 成果 已通过 实际测试 ， 并应用于五轴联动数控管切割机床的开发 中。 关键词 数控管切割机 ； 串口通讯 ； 通讯协议 【 Ab s t r a c t 】 e c ifi c t o t h e a p p l i c a t i o n o f s e r i a l c o m mu n i c ati o n t e c h n o l o g y i n C N C t u b e c u t t e r ， t h e g e n e r al s y s t e m s t r u c t u r e a n d c o n t r o l s t r at e gy offi v e - a x i s C N C t u b e c u t t e r a r e a n al y z e d ， i n w h i c h t h e c o n mu n i c a t i o n p r o t o c o l of Y o k o g a w a P L C w h i c h i s t h e c o r e of t h e C N C c o n t r o l u n i t i s e x p l a i n e d i n d e t a i l ， a n d t h e f r am e s t r u c t u r e s ofs e n d i n g and r e c e i v i n g are als o l i s t e d ． At t h e a in e t i m e ． t h e c o n t r o l f o r s e r i al c o m mu n i c a t i o n p r o g r a m d e v e l o p m e n t f o r p r i n c i p a l c o m p u t e r b a s e d o n V B 6 ． 0 i s i n t r o d u c e d ， a n d t h e p r o gra mflo w c hart s are i v e n ． Th e gi v e n ke y c o d e， wh i c h c a n be a ppl i e d i n a n e wpr o gra m d e v e l o pmen t t h r o u g h a s i mpl e m o d ic at i o n ， h a s a c e r t ai n p r a c t i c ali t y ． R e s e arc h r e s u l t s h a v e∞ “ l y b e e n t e s t e d ， a n d b e e n app l i e d t o fi v e a x is CNC t u b e c u t t i n g t o o l d e v e l o pme n t ． Ke y wor ds CNC pi pe c ut t i n g m a c h i ne Se r i a l c omm un i c a t i o n； Co m m un i c a t i on pr o t o c o l 中图分类号 T H1 6 ， T U 6 4 9 ， T U 9 7 6 ． 2 文献标识码 A 1 引言 桁架结构在现今的许多大跨度的场馆建筑中有广泛运用 ， 它是由管与管相贯搭接后焊接而成的 。 传统人工切割出管材的 相贯线比较困难， 而且效率低， 精度不高， 迫切需要现代化的切割 机床来切割管件。P L C因其高效、 灵活、 可靠、 抗干扰能力强等优 点『句 ， 可以在底层完成指导数控机床各个轴的运动的任务， 但是其 无法独自克服人机交互能力差 、 数据的计算能力弱等缺点， 而 P c 机却有人机交互界面好、 计算能力强等优点， 实现 P L C与上位机 的数据通讯 ， 可以综合二者 的优点 ， 构成 自动化切割管件的最优 数控系统。将 P C和P L C结合起来实现管切割机的运动控制 ， 关 键是实现 P C与 P L C之间的通讯。以横河 P L C为例， 研究了P L C 与 P C通讯的原理，实现了通过 V B编写应用程序将加工数据输 入到P L C指定的数据寄存器中。 2系统构成 一 台五轴四联动管材相贯线切割数控机床的示意图， 如图 1 所示 。底层采用横河 P L C 运动控制模块 伺服 电机对五根轴进 行控制。 加工过程的运动为 切管绕 轴做回转运动， 同时割咀工 作台沿 y轴和 轴做直线运动切割出相贯线，割咀绕 0 轴做摆 动， Z l 为一确定值 切割半径与割咀长度之和 ， 使之在切割相贯 线的同时切割出坡口， 一次定位安装完成管切割， 减少多次切割 图 1数控管切割机示意图 I勰 H 茹 H I 图 2系统运行示意图 3通讯协议 P C机与 P L C之19正确通讯数据， 必须满足以下4个条件 ★来稿 日期 2 0 1 1 - 0 3 2 1 ★基金项 目 四川省科技支撑J ,t J 2 0 0 8 Z O 0 0 0 1 ， 成都市科技支撑计 lJ 0 9 RK Y B 9 8 0 Z F - 0 3 3 5 0 何赛松等 P L C与 P c机的串行通讯在数控管切割机 中的应用 第 1 期 1 P C机串口和 P L C通讯模块的波特率设置一致； 2 在 P C机 的通信程序中， 只使用 P L C协议规定的命令和格式； 3 无论是 P C机向P L C发送数据或者是 P C机读取 P L C某一数据寄存器中 的数据 ，通讯程序都开始于 P c机主动向P L C发出命令帧； 4 P L C接收到P C机发来的命令帧后， 执行指令并传回响应帧。 P L C选用的是 日本横河 Y 0 K 0 G A wA F A M3系列 ， 因其 平均扫描时间达2 0 0 0 0步／ m s ，支持主程序和高速定时程序并行 处理， 实现了真正的高速化， 拥有快速精确的位置控制功能。 同时 选用配套的 F 3 L C 1 1 - 1 F通讯模块 ， 它有一个 R S 2 3 2 C接 口， 它 的 右侧有 3 个开关 S W用于设置通讯模块， 通过拨动 3个开关 S W， 就可以完成对 P L C的通讯模块的设置。现将 P L C的通讯模块的 传输速度设置为 1 1 5 2 0 0 b p s ， 数据格式为 8位字符长度、 无奇偶 校验、 有和校验、 停止位为 1 位、 无结束字符 C R 。 P L C命令帧格式， 如图 3 所示。起始字符为 A S C I I 码 0 2 ， 结 束字符为 A S C I I 码 o 3 ，校验码为从起止字符到校验码之前的所 有指令的 1 6进制 A S C I I 码值相加的和的最低两位。 因为 P L C 处理和扫描程序需要时间， 所以需要设定等待时间， 也为 1 6进制 数值。具体等待时间和 1 6进制数对应表， 如表 1 所示。 犟 綦 萼 C块 P 编U 号, S时 间 指 令 设 备 名， 蠡 校 验 码 荤 睿 字 符 块 编 号 块 编 号 时 间 佰 吸 苜 铂， 参 数 仪 拙 字 符 图 3命令帧格式 表 1 P L C反应等待 时间 主笪 兰 旦 墨 反应等待时间 ms 0 1 02 0 3 04 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 2 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0 P L C接收到P c机发出的命令帧后，向P c机发出反应帧， 反 应帧有正确反应帧和错误反应帧之分。 P L C正确执行 P C机发出的 命令帧后， 向P C机传回正确响应帧， 否则， 传回错误响应帧。P c机 首先根据响应帧的校验码是否正确判断数据接收完成与否， 如果数 据接收完成，再根据反应帧可判断出它发出的指令P L C是否正确 执行， 如果是错误执行， 那么P c机重新发送命令帧， 直到 P L C反馈 正确反应帧为止。正确与错误响应帧格式， 如图 4 、 图 5 所示 。 荤 籍 霆 綦 攀 霉O K 返 回 值 校 验 码 荤 毳 字 符 块 编 号 块 编 号 怂 L且 1 x 拙 字 符 图 4正确响应帧格式 摹 籍 羹 綦 萼 尊E R E c l E c 2 指 令 校 验 码 荤 字 符 块 编 号 块 编 号 拒 仪 耐 字 符 图 5错误响应帧格式 4通讯程序设计 P c与 P L C的数据传输是以帧的形式传递的。写数据时由 ． P c机通过串行口向P L C发出写数据命令帧， P L C接受命令， 并向 P c机传回响应帧。 P c机判断响应帧是否为正确的响应 正确， 写 数据结束 ； 错误， 重新发送写数据命令帧， 直到 P I C反馈正确响 应为止。读数据时由P C机通过串行 口向 P L C发出读数据命令 帧， P L C接受命令， 并传回响应帧 里面包括有传回的数据 。P c 机判断响应帧是否为正确的响应 正确 ， 从响应 帧中读 出数据 ， 读 数据结束； 错误， 重新发送读数据命令帧， 直到 P L C反馈正确响 应为止。P C机向 P L C写数据的程序流程如 图 6所示 ， 读数据的 程序流程图， 如图 7 所示。 V i s u a l B a s i c 6 ． 0是 Wi n d o w s 环境下简单高效的可视化编程 语言开发系统 ， 它提供 了一种实现串 口通讯的控件 MS C o m m。通 过 MS C o mm控件可以完成对 串口的读写工作 ，从而实现与 P L C 的通讯 ， 为此需要正确设置它的一些屙 l生 C o m mP o r t 设定通信连接端口， 必须在程序中指定串行端口号； P o r t O p e n 设定通信口状态， 用于打开和关闭串行通信端口； S e t t i n g s 设定通信 口参数 ， 其格式是“ b b b b ， P ， d ， s ” ， 其中 b b b b为通信速率， P为通信检查方式 ， d为数据位数 ， s 为停止位 数 ， 其设定应与 P L C的设定一致 ； I n p u t 将数据传送至输入缓冲区的字符读入到程序，并将 已读取的字符清除； O u t p u t 将字符写入输出缓冲区， 用于向对方发送信息； I n B u f f e r C o u n t 设置输入缓冲区的大小 。 图 6写数据程序流程图 图 7读数据程序流程 图 P c机初始化圈芋， 初始化P C机的串行通讯端口 具体程序略 。 P c机上的人机界面和 P c机向P L C传输数据， 如图8 所示。 P c机与 P L C的串行通讯通过了工作现场的严格测试， 被证明符 合在工业现场上使用的要求 。 图 8程序运行结果 5结论 在现代工业控制 中， P L C与 P C机的串行通讯运用得越来越 第 1 期 2 0 1 2年 1月 机械 设 计 与制 造 Ma c h i n e r y De s i g nMa n u f a c t ur e 文章编号 1 0 01 3 9 9 7 2 0 1 2 0 1 0 0 5 1 0 3 汽车悬架弹簧多级减振刚度的应用性能分析 术 黄美发 黎孟珠 1 , 2 ’ 桂林电子科技大学 机电工程学院， 桂林 5 4 1 0 0 4 桂林航天工业高等专科学校 汽车工程 系， 桂林 5 4 1 0 0 4 An al y s i s o f a p p l i e d p e r f o r ma n c e o f mu l t i - d e g r e e d amp i n g r i g i di t y f o r a u t o mo t i v e s u s p e n s i o n s p r i n g HUANG Me i - f a 。 LI Me ng -z h u ‘ S c h o o l o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ， G u i l i n U n i v e r s i t y o f E l e c t r i c a l T e c h n o l o g y ， G u i l i n 5 4 1 0 0 4 ， C h i n a D e p a me n t o f A u t o m o b i l e ， G u i l i n C o l l e g e o f Ae r o s p a c e T e c h n o l o gy ， G u i l i n 5 4 1 0 0 4 ， C h i n a ； 【 摘要】 介绍了 汽车非线性减振悬架的性能特点。 根据非线性悬架特点 设计了 一种四 级减振刚 i }度弹簧； 根据非线性曲线的 特点， 把汽车的不同工况分解为四减振区 域， 并分别把每一个减振区 域匹配 { l出不同刚度的线性弹性刚度， 相当于用一次曲线去逼近空气弹簧的多次刚度曲线， 这样就能得到吸振 2 }能力非常接近空气弹簧的弹性特性。进一步计算了四级减振刚度悬架汽车的减振频率、 静挠度、 振幅、 l阻 尼特性。 计算结果表明， 四 级减振刚 度悬架比单刚度悬架舒适性能有很大的提高。 l ； 关键词 四级减振刚度； 非线性； 振动频率； 静挠度； 阻尼 ； 【 A b s t r a c t 】 N o n l in e a r v i b r i o n p e rfor m a n c e c h ar a c te r is t i c s o f t h e a u t o m o b i l e s u s p e n s i o n ar e i n t r o 一 { ；d u c e d ．A c c o r d i n g t o t h e c h ar ac t e r is t i c s of n o n l i n e a r s u s p e n s i o n ， 0 s p r i n g w i t h f o u r - d e g r e e d a m p i n g r i g i d it y{ }is d e s ig n e d ， a n d f o u r d amp i n g ar e t2 s a r e b r o k e n u p i n t o for d if f e r e n t w o r k i n g c o n d it io n s oft h e a u t o m o b il e ， i n{ ；w h i c h e a c h ar e a is m a t c h e d w i t h d if f e r e n t l i n e ar e l a s t ic r ig id it y ．i o n e c u r v e m a y a p p r o a c h m u l t i r igi d it y{ } c u r v e s of a ir s p r i n g a n d e l as t ic p r o p e r t y is o b t ai n e d w h ic h v i b r a t i o n a b s o r p t i o n is c l o s e r t o t h e ai r s p r i n g ； { l F u r t h e r mor e ， t h e d a m p in g f r e q u e n c y ， s t at ic d e fl e c t i o n ， a m p l i t u d e a n d d a m p i n g c h ar a c te r is t ic s of f o u r d e gr e e i d a m p i n g r i gi d i t y s u s p e n s i o n v e h ic l e ar e c a l c u l at e d ． T h e r e s u l ts s h o w t h at t h e c o m f o r t abi l i ty o f f o u r - d e gr e e l d a m p i n g r i gi d i t y s u s p e nsi o n i s gr e at l y i m p r o v e d th an t h a t oft h e s i n g l e - d e gr e e ． ； ； K e y w o r d s F o u r - d e g r e e d a m p i n g r i g i d i t y ； N o n l i n e a r it y ； V ib r a t i o n f r e q u e n c y ； S t a t i c d e fl e c t i o n ；{ 2 Da mp i n g 中图分类号 T H1 6 ， U 2 6 0 ． 3 3 1 ． 4 文献标识码 A 1引言 随着社会的发展和科学技术的进步，人类对舒适性的要求 越来越高。 而汽车舒适性是否满足使用要求在很大程度上取决于 汽车悬架的结构设计及新结构具有的减振陛能。 汽车悬架系统在 汽车的行驶平顺性、 操纵稳定性和制动『生等方面都起着至关重要 的作用，传统的汽车设计理论中总是将汽车悬架看作线性系统， 而空气弹簧悬架由于其材料的非线性、 几何非线性和接触非线性 而呈现出很强的非线性特 眭， 这种非线性特性在汽车行驶平顺性 中的贡献值得研究l 1 l。 随着汽车工业的研究和发展 ，车用零部件的性能也在不断 -／ 来稿 日期 2 0 1 1 - 0 3 - 0 8 ★基金项 目 广西壮族 自治区教育厅科研 资助项 目 桂教科研 [ 2 0 1 0 9号附件序号 2 3 2 广泛。P L C完成现场各种开关量的控制，伺服电机脉冲的发出； P C机提供人机交互界面， 实现数据的计算和加工过程的模拟； 同 时 V B能提供良好的用户界面， 和强大的数据计算能力， 并且提 供串口控件 ， 进一步提高了实用性。结合横河 F A M 3型 P L C的 特点，通过其在数控管切割机中的运用，详细地阐述了基于 V B 语言的 P L C与上位机串行通讯实现的方法。通过数控切割机切 割管件的运行表明，利用 V B的 MS C o m m控件设计的通讯软件 可以很好地满足了P C机向数控管切割机传输加工数据的要求。 参考文献 [ 1 ] 谢新房， 王国栋． 多管相贯焊接坡口数控切割研究[ J ] ．工程图学学报， 2 o 0 7 。 2 8 4 1 5 O - 1 5 5 ． [ 2 ] 肖聚亮， 阎祥安， 王国栋， 贾安东．火焰数控切管机割炬轨迹研究及仿 真[ J ] ． 机械工程学报， 2 0 0 5 ， 4 1 4 2 3 4 2 3 8 ． [ 3 ] 葛国政．数控管子相贯线火焰切割机的研制[ J ] ． 焊接技术， 2 0 0 6 ， 3 5 2 4 5 - 4 7 ． [ 4 ] 范逸之 ， 陈立元 ．V i s u a l B a s i c与 R S一2 3 2串行通信控制[ M] ．北京 清 华大学 出版社， 2 0 0 2 ． [ 5 ] 章铁钟 ， 智爱娟 ， 辛伊波．基 于 VB实现 P L C串行通讯功能 的研究 [ J ] ． 自动化与仪器仪表 ， 2 0 0 5 4 4 0 _ _ 4 2 ． [ 6 ] 李双科， 吴记群．V B下利用 M s c o m i n 实现计算机与P L C的串 行通讯[ J ] ． 电气传动 自动化 ， 2 0 0 6 ， 2 8 3 4 3 - 4 5 ． [ 7 ] 刘炼 ， 谈士力 ， 王刚．基于 V B的 P L C与上位机的通讯在烟支输送储存 监控 系统中的应用[ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 5 1 1 1 4 9 - 1 5 4 ．