為滿足鋼構生產廠家跟蹤、掌握產品的質量及用戶了解鋼構產品相關信息的需要，近年來鋼構信息標識越來越受到重視。國內鋼構信息標識主要有刻字、針式打印及打字3種方式，其中刻字技術主要采用數控機床銑刀刻字、激光刻字和電火花成型等技術，投資大，成本高；針式打印技術采用點陣標識的方法，打印速度高，成本低，但打印的標識辨識率不高，視覺效果不好；鋼構打字技術則是在要標識的鋼件上用沖壓動力沖擊成型字模，沖壓的字體清晰，深度容易控制，并且字頭刀具壽命長，成本低，相比較而言，在國內，鋼構打字技術更適宜被選用。一般采用盤式打字，打字效率較低，不能靈活換刀。國外的鋼構打字技術一般采用數控轉塔打字技術，效率高，換刀靈活，使用壽命長，成本低。國內數控車床配套的轉塔打字系統大部分從國外直接引進，沒有自主知識產權，技術上無法升級更新，關鍵技術被國外知名廠商壟斷。基于網絡數控(NCNC)和數控組態技術的思想，設計開發高速轉塔打字系統，突破國外數控車床配套的轉塔打字技術封鎖是國內鋼構打字系統的發展趨勢。

1 轉塔打字系統控制原理

　　該系統從生產實際出發，采用集國際最新的伺服系統技術、工業控制計算機技術、獨立PLC控制于一體的全自動智能化工作方式，實現數控轉塔打字系統的最優路徑換刀控制。計算機數控系統主要負責向PLC發出啟動／停止命令，接收PLC發回的工作狀態信號，確定整個系統的控制動作并能實時顯示。

　　PLC則檢測操作面板的狀態，并將工作狀態信號傳送給計算機數控系統，同時驅動刀塔伺服執行機構，實現精確的轉位控制。作者主要介紹了PLC實現的最優路徑換刀的軟、硬件設計，該設備從總體上分為3大部分：機床本體機械部分、電動伺服部分和計算機數控系統部分，并介紹了CNc與PLC、PLC與伺服系統、PLC與機床相互間的信息通訊。

2 轉塔打字系統硬件設計

　　隨著現代電力電子技術、控制技術和計算機技術的發展，電機的應用技術也得到了進一步的發展，電機應用已由過去簡單的起停控制、提供動力為目的的應用，上升到對其速度、位置、轉矩等進行精確控制，使被控機械運動實現精確的位置控制、速度控制。作者所選用的伺服刀塔的核心技術就是伺服電機的位置控制技術，PLc通過控制輸入到伺服電機線圈組中的脈沖頻率，實現對伺服電機的角位移和速度的控制，從而控制數控刀塔的轉速、正反轉及步數等。VDI盤式刀庫的最大轉角為180。，由PLC系統根據所換刀具的位置決定轉向，以使換刀的路徑最短，實現最優路徑換刀。

　　2.1 轉塔打字系統刀架的選擇

　　考慮到系統各項技術指標要求，經認真比照篩選，最終選用的是AK36100×12系列高速換刀伺服刀架，該刀架以伺服電機驅動分度，液壓控制松開、剎緊三聯齒盤定位，可雙向回轉和任意刀位就近選刀，轉位時間可調，30°最快轉位時間0.15 s，中心高100 mm，重復定位精度±2”，伺服電機功率500 w。

　　2.2 轉塔打字系統電氣控制原理

　　伺服電機必須根據PLC的指令，隨時進行正、反方向轉動。這里選用的是三相交流異步電動機，在此電氣控制系統中，通過對實現任務的需求分析，首先要設置相應的系統啟停控制信號，再設置電機速度和方向控制信號，由于系統的復雜性和從對系統的保護考慮，這里需要加入狀態檢測信號，最后確定輸出信號和數據的使用。

　　當按下正轉啟動按鈕FsB后，正轉接觸器FKM動作，使電動機正轉；FKM的一個動斷觸點串聯在接觸器RKM線圈的控制回路內，它此時先斷開，切斷接觸器RKM線圈的回路，FKM的一個動合觸點后閉合實現自鎖；若再按RSB，接觸器RKM受FKM的動斷觸點互鎖不能動作，這樣就防止了電源短路的事故。當需要電動機反轉時，按下停止按鈕SB，正轉接觸器FKM失電，電動機停止，FKM的動斷觸點恢復，為反轉作準備；再按下反轉啟動按鈕RSB，反轉接觸器RKM得電，電動機反轉。該設計中采用的是既有電氣互鎖，又有機械互鎖的雙重互鎖控制線路。在按動按鈕FSB的過程中，FSB的動斷觸點先斷開RKM的線圈回路，FSB的動合觸點后閉合，使FKM線圈得電并自鎖，電動機正轉；反轉工作情況亦然。

　　2.3 可編程控制器的選擇

　　該轉塔鋼板打字機的控制器選擇日本三菱公司生產的F)(2N系列可編程控制器。該系列PLC具有配置靈活、指令功能豐富且執行速度快的優點，其內部可用的輔助繼電器M、狀態繼電器S、定時器T、寄存器D、計數器C的功能和數量足以滿足該打字系統的控制需求；另外，它還可進～步配合網絡PC機對整個轉塔打字系統進行實時跟蹤監控，為調試和維護提供極大的方便。對該刀塔L／O系統進行分析可知，刀塔對PLC的輸入信號24個，輸出信號4個，因此選用48點的Fx2N48M可編程控制器作為數控系統的獨立式PLC。

3 轉塔打字系統軟件設計

　　可編程控制器PLC是專為在工業環境下應用而設計的一種工業控制計算機，它接收來自現場裝置的狀態信號，并通過CPU求解用戶編制的邏輯程序，將控制信號輸出，直接控制應用裝置。作者采用的是獨立型PLC，它具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨立完成規定的控制任務，而且它獨立于CNC裝置，具有安裝方便、功能易于擴展和變更等優點。通過實踐與深入研究，作者提出了利用PLC控制伺服電機實現數控轉塔最優換刀路徑的方法，采用PLC進行換刀控制，可以代替傳統的識刀器；刀具庫及刀塔上的刀具號均記憶在PLC內部相應的存儲單元中，只需在PLC內部設置一個模擬刀庫的數據表，令其長度與刀具庫的容量相對應即可；刀塔自動換刀管理主要由軟件實現，因而避免了由機械識刀裝置的穩定性、可靠性所帶來的換刀失誤。

　　3.1 刀具數據表庫建立

　　刀塔是數控轉塔打字機刀具的安裝設備，刀塔上每個安裝刀具的位置稱為工位，工位按照一定的順序編號進行識別。刀具號作為CNC裝置T功能的輸出送至PLC，由PLC根據T代碼管理刀庫和更換刀具，并利用刀具和刀具座的編號進行選刀和換刀的控制，在PLC內部，刀座號和刀具號均采用BCD碼。值得注意的是，刀塔上每個工位一次只能裝一把刀具，這就要求刀號數據表庫中每個工位信息也只能有一把刀的信息；刀具和刀座的參數一經設定不得改變，特別是不能對仍安裝在刀塔上的刀具在刀號數據庫中進行刪除和參數修改操作。

　　3.2 系統各部分之間的信息通信

　　在伺服刀塔的控制中，PLC根據CNC、伺服系統及機床本體機械部分控制的需要，對系統提供的相關接口信號進行合適的選擇和處理，有機地協調這幾者之間的關系，以達到良好的邏輯控制效果。在該伺服刀塔控制中使用到的接口信號共有3類：機床、PLC信號、伺服、PLC信號、PLC—CNC信號，包括代碼指令數據(即目的刀位數據)，伺服向PLC發送的伺服準備好信號、到位信號、伺服報警信號等。

　　PLC與CNC組成主從分布式控制系統，CNC作為主機主要完成采集數據的存儲、分析加工、狀態顯示和打印輸出等功能，實現對系統的實時監控；PLC是CNC與外部協調工作的一個重要接口，它通過接收CNC傳來的指令，監控機床的狀態，并根據這些輸入信息運行事先編制好的機床工作邏輯程序，將結果通過輸出口直接驅動伺服電機控制系統執行相應動作，同時將信息返回CNC進行實時顯示。

　　系統采用幀格式與中斷調用相結合的方式實現CNC主機與PLC之間的實時通信。在進行通信時，CNC與PLC間使用命令(command)和響應(Re—sponse)的方式進行數據的發送和接收，根據PLC數據通信的特點，在系統時鐘中斷調用時，CNC通過串口通訊向PLcC發出讀或寫控制區的指令；在串口中斷調用時，CNC接收從PLC響應的控制區數據。這種控制系統發揮了CNC主機與PLC各自的特點，能很好地完成控制機床加工和監視機床運行狀態的任務。

　　3.3 最優路徑高速換刀軟件流程

　　該數控轉塔打字系統刀塔主軸正反轉就近換刀的動作指令由PLC的軟件實現。當系統CNC接收刀具編號信息后，立即送入PLC進行識別，PLC發出指令啟動伺服電機帶動刀塔按就近方向旋轉，第一時間將其送到位置檢測點。刀塔旋轉方向由所需刀具編號與實際編號的差值確定。該打字系統刀具庫有12把刀具，編號分別為0—11，中間位置是6。若設定編號與刀庫實際編號的差值大于等于6，刀庫主軸正轉；當差值小于6時，則反轉；而當差值小于0時，用補碼運算。例如：

　　若系統設定編號為10，刀庫實際編號為3，則：

　　10-3=7>6，刀庫正轉；

　　若系統設定編號為10，刀庫實際編號為5，則：

　　10-5=5<6，刀庫反轉；

　　若系統設定編號為0，刀庫實際編號為4，則：

　　0-4=-4。補碼為8>6，刀庫正轉。

　　刀塔旋轉后，測得刀塔的實際位置與目標位置一致時，即尋找的新刀具位于換刀位置，刀塔停轉并定位，等待換刀。

4 結語

　　該項目研究針對國內數控打字系統打字效率低、無法識別國外主流鋼結構軟件支持的dstv數據結構、與主流數控鋼構加工生產線的配套兼容性差等問題進行研究，旨在開發基于網絡數控的轉塔打字系統。作者從數控轉塔自動換刀控制出發，提出一種基于獨立型PLC的高速轉塔自動換刀控制方法，以軟件換刀方式尋找換刀最優路徑，控制伺服刀塔按要求轉向可靠定位，同時解決了PLC與CNC、PLc與機床及PLC與伺服系統相互間的分工和實時信息交換問題。項目合作單位長期從事鋼構、鐵塔相關數控加工產品的設計制造與銷售，熟悉國內外相關產品技術特點，能及時把握數控車床配套打字系統技術現狀。經過市場進一步調研分析，項目組成員正積極投入下一步研究工作，以圖設計開發一種新型網絡數控轉塔打字系統，注重與數控加工生產線配套兼容性問題，實現國內在數控轉塔打字技術上的新突破，以適應國內外市場更多更高的需求。項目開發潛力大，應用前景廣闊。