数控机床信息化接口建设的关键点分析

叶继军

（江苏省江阴中等专业学校，江苏无锡 214433）

数控机床作为当前制造行业最重要的装置之一，不仅具有精度高、高质量以及高效率等特点，还可以有效降低生产成本和资源浪费现象。随着经济与社会的不断发展，以信息化为基础的第4 代工业革命已经逐渐拉开帷幕。美、德、日等西方发达国家将数控机床信息化建设提上的日程，旨在希望能将信息化更好的应用到生产工作中，促进工业效率的提升。

1.1 信息化接口需求提出

国内某数控机床生产企业为有效提升数控机床生产效率，实现对数控机床自动化数据信息的收集与处理，与通用智能设备提供商（CE 智能平台）签订“Proficy”数控机床生产监控系统订单，并对该企业的3 号数控机床生产厂房实施和开展MCIS（Motion Control Information System，运动控制信息系统）项目。目前，该企业拥有LGMazak 数控机床32 台，其中QTN 型号24台、VCN 型8 台。

该通用电气智能设备提供商实施的MCIS 项目对LGMazak数控机床信息化接口建设的设计与实现要求如下：

（1）CNC 程序管理。主要用于数控机床加工程序的传输管理；
数控机床信息读取和远程操作。

（2）信息化接口设计具体要求：MCIS 项目可以与数控机床PLC 之间完成通信；
通过MCIS 输入数控机床数据信息，完成对数控机床的远程控制，如启动、停止和复位等。

（3）MCIS 项目读取数控机床数据信息，包括数控机床的使用状态、自动线状态、人工呼叫以及工件计数等。

1.2 通信接口建设

（1）MCIS 项目程序管理目标的实现：由于LGMazak 数控机床的CNC 系统内置网卡接口，具有重要的数据信息传输功能。

（2）数控机床数据信息读取与远程操作。由于LGMazak 数控机床PLC 没有外置通信接口，无法实现与CC-Link（Control 2 Communication Link，控制与通信链路）之间的通信。所以，该通信接口的设计拟增加一套支持CC-Link 通信能力的PLC 实现LGMazak 数控机床PLC 和MCIS 的通信。考虑到欧姆龙CP1LEL20DR-D 型的PLC 具有实用、操作便捷以及高效等的特点，故选用该型号的PLC 实现与数控机床的通信功能（图1）。

图1 PLC 数控机床

1.3 硬件电路

在实际操作环节，Modem 数控机床PLC 扩展需要通过一根电缆线与欧姆龙PLC 连接（图2），将其安装于数控机床电柜的内部，接口通过与欧姆龙PLC 数控机床远程操控模式的切换，实现对数控机床启动、使用、停止和复位4 个信号的输入。其中，有3 个接口是该数控机床预留好的3 个信号，随着Modem 项目的不断深入，可以实现更多关于MCIS 数控机床的功能。

图2 Modem 对PLC 的远程监控

Modem 操作平台通过对某一台数控机床的调用实现远程操作，信号借助以太网交换机传输给与之相对应的欧姆龙PLC，欧姆龙PLC 再将该信号通过IO 的方式发送给数控机床PLC，作为数控机床的一个输入信号，从而不断完善MCIS 远程操作数控机床的功能，部分接口是数控机床信息化接口设计的输出信号，这些信号作为欧姆龙PLC 的重要信号，经过PLC 将该信号输出，通过以太网交换机发送于Modem，实现对该数控机床信息化接口的建设目标。

数控机床信息化接口设计作为整个数控机床建设的关键所在，直接关系着数控机床自身的运行效率和质量，在对控机床信息化接口设计方案中，以某数控机床生产企业LGMazak 信息化设计为主要研究对象，对其信息化接口设计进行分析。

2.1 信息化接口设计原则

数控机床信息化接口设计过程中，应遵循节能、绿色、环保等设计原则，以此保证信息化建设的高效性，最大程度上提升信息化接口建设的效率。

（1）合理化原则。数控机床信息化结构设计中合理性原则的运用，可以保证信息化接口设计更加有效。

（2）节能性原则。节能性原则也是该数控机床信息化接口建设过程中应遵循的原则之一，该原则可以保证和促进LGMazak数控机床在未来的使用过程中更加高效与节能。

2.2 信息化接口需求改造

数控机床进行信息化接口建设，还应当根据LGMazak 数控机床在具体运行过程中的实际情况制定信息化接口建设目标，这也是对该数控机床信息化接口功能需求的满足。在本次建设工作中，主要对2 台LGMazak 数控机床的通信、数据信息获取以及各项功能的完善进行详细分析（表1）。

表1 LGMazak 数控机床信息化接口建设情况

2.3 硬件设计

数控机床信息化建设接口，硬件是其中的一个重要组成部分，硬件设计即可以在一定程度上提升该数控机床运行效率，又能保证数控机床运行更加安全与高效。以LGMazak 数控机床为主要研究对象，对该数控机床硬件设计流程进行系统分析，具体如下：

（1）该数控机床硬件设计主要为PLC 系统硬件设计，PLC系统作为整个数控机床的重要组成部分，在一定程度上直接决定数控机床的运行的可行性。为此，在对数控机床硬件设计中，可以将欧姆龙PLC 作为LGMazak 数控机床硬件设计的重要环节，大量实践证明：欧姆龙PLC 硬件自身具备较高的运行效率和控制能力。

（2）PLC 在LGMazak 数控机床硬件设计工作中，PLC 应当通过对接口进行具体的应用，以此提升信息化接口建设的实效性，通过硬件设计保证接口设计的合理性与科学性。在硬件设计过程中，PLC 接口拟设计8 个硬件接口，MCIS 项目拟设计4 个接口，以此实现对整个数控机床远程状态下的启动和停止，最大程度上提升信息化接口建设的可行性。

2.4 PLC 程序设计

数控机床进行信息化建设还包含对PLC 程序的建设，保证程序建设的合理性，在数控机床PLC 程序设计工作中，主要对欧姆龙PLC 完成设计，其中包括模式切换设计、启动设计、停止设计以及程序复位等诸多方面的内容，切实提升数控机床运行效率，保证数控机床欧姆龙与信息化接口的融合。同时，还要对该数控机床启动功能键进行更进一步的优化与完善，比如可以将其启动输入信号设置为输入1，代表的是数据信息指令。

2.5 设计应用分析

数控机床信息化接口设计工作中，通过MCIS 项目与LGMazak 数控机床的有机结合，对该机床的启动、使用、停止和复位进行具体的分析。

（1）在对机床的控制工作中，分别对机床在使用状态下的数据信息进行采集，证明LGMazak 数控机床接口建设的科学性与合理性。

（2）在具体的设计工作中，如果该机床中的某个设备或者系统出现损坏，该机床就会自动发出报警信号，故障点也会在MSIS 系统中直接显示出来，证明LGMazak 数控机床信息化接口建设的可行性。

（3）在对该数控机床信息化接口的功能、作用和效益的分析过程中，对不同结构的数据传输进行检测，注重和加强对数据信息的获取，对该数控机床接口的可行性进行验证，实践表明：LGMazak 数控机床信息化接口建设可行，可以正常投入使用，对于数控机床生产能力、质量保证具有重要的现实意义。

数控机床信息化接口设计对于数控机床行业领域的健康与可持续发展具有极其重要的现实意义，以LGMazak 数控机床信息化接口建设为主要出发点，分别从信息化接口需求提出、通信接口建设以及硬件设计3 个方面对其建设方案进行详细分析与探讨，旨在为更多的数控机床信息化接口建设提供理论支撑与科学依据。

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