專利名稱：數(shù)控機(jī)床刀架的建模仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一種數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中建模的方法，具體地說是 一種數(shù) 控機(jī)床刀架的建模仿真方法。
背景技術(shù)：
近年來隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)制造業(yè)的自動(dòng) 化要求越來越高。刀架是數(shù)控機(jī)床很重要的一部分，但是數(shù)控機(jī)床刀架類 型多樣， 一種刀架對(duì)應(yīng)一種換刀過程，并且刀架的控制器邏輯編程只能由 專業(yè)人員來做，不方便非專業(yè)人員調(diào)試。
目前已公開的開關(guān)量模擬仿真系統(tǒng)和方法，其仿真方法是以邏輯展 開圖作為編制模擬仿真組態(tài)程序的"腳本"，對(duì)控制過程輸入，用組態(tài)軟件 的運(yùn)行策略編寫腳本程序，根據(jù)所釆集的控制器輸出狀態(tài)，依照邏輯展開 圖確定由此輸出作用產(chǎn)生的輸入狀態(tài)，用組態(tài)程序?qū)⒖刂破髟撦斎胪ǖ涝O(shè) 定位邏輯展開圖中所要求的狀態(tài)。這種方法存在的問題是U)操作人員 必須先熟悉開關(guān)量控制的詳細(xì)過程，才能夠?qū)懗?腳本"，即繪制邏輯展開 圖比較煩瑣且寫腳本程序比較煩瑣；(2)操作人員針對(duì)每一個(gè)開關(guān)量控制 過程都要寫一個(gè)組態(tài)程序，用戶操作起來不方便。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中建模仿真方法操作煩瑣的不足，本發(fā)明的目的在于提 供一種測(cè)試人員不需要了解復(fù)雜過程，不需要具備專業(yè)編程人員的技術(shù)水 平的數(shù)控機(jī)床刀架的建模仿真方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
依照刀架時(shí)序波形圖中輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，針對(duì)刀架各
個(gè)功能機(jī)構(gòu)的動(dòng)作變化進(jìn)行建模；釆集控制器輸出狀態(tài)，自動(dòng)分析模型； 根據(jù)上述分析結(jié)果設(shè)置相應(yīng)的刀架輸出信號(hào)。
所述刀架時(shí)序波形圖中輸入和輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系通過對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式描述如
下輸出信號(hào)的變化=(輸入信號(hào)的變化，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)變化的間隔 時(shí)間，刀架選刀方向)；針對(duì)刀架各個(gè)功能機(jī)構(gòu)的動(dòng)作變化進(jìn)行建模包括 用PN對(duì)刀架的編碼器、輸出功能機(jī)構(gòu)以及輸入功能機(jī)構(gòu)分別建模，其中對(duì) 編碼器建模是根據(jù)工位選通信號(hào)的變化分為X工位、工位切換以及Y工位 三個(gè)階段進(jìn)行，每個(gè)階段均為帶有時(shí)間延遲的PN模型，其中在起始階段即 X工位之前具有控制編碼器停止或啟動(dòng)的庫所(Pcond)，該庫所(Pcond) 的狀態(tài)和輸出PN模型與輸入PN模型之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式中最后一個(gè)輸 出信號(hào)的變化是否已經(jīng)發(fā)生相關(guān)，如果發(fā)生則編碼器停止工作，否則繼續(xù)； 每個(gè)階段均有一個(gè)變遷，該變遷的輸出庫所是刀架工位庫所(Pcur);在工位切換階段設(shè)置有控制編碼器正、反轉(zhuǎn)的庫所(Pdir);對(duì)刀架的輸出功能 機(jī)構(gòu)及輸入功能機(jī)構(gòu)建模是針對(duì)輸入信號(hào)及輸出信號(hào)的O、 l變化，對(duì)刀架 的各個(gè)輸入功能機(jī)構(gòu)獨(dú)立地建立各個(gè)輸入PN模型，對(duì)刀架的各個(gè)輸出功能 機(jī)構(gòu)獨(dú)立地建立各個(gè)輸出PN模型，在輸出PN模型與輸入PN模型之間通 過對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式聯(lián)系起來，該對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式也建立對(duì)應(yīng)關(guān)系PN模型； 所述自動(dòng)分析模型包括根據(jù)采集的控制器輸出狀態(tài)分析并判斷是否為控 制器的換刀命令；如果是，則設(shè)置各個(gè)輸入PN模型中相應(yīng)庫所的狀態(tài)并設(shè) 置各個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系PN模型中相應(yīng)庫所的狀態(tài)；對(duì)應(yīng)關(guān)系PN模型中庫所狀態(tài) 的變化引起變遷發(fā)生后，設(shè)置各個(gè)輸出PN模型中相應(yīng)庫所的狀態(tài)，并向控 制器反饋刀架輸出信號(hào)的當(dāng)前狀態(tài)；判斷輸出PN模型與輸入PN模型之間 對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式中最后一個(gè)輸出信號(hào)變化是否已經(jīng)發(fā)生；如果是，則繼續(xù) 采集控制器輸出狀態(tài)；上述判斷輸出PN模型與輸入PN模型之間對(duì)應(yīng)關(guān)系
表達(dá)式中最后一個(gè)輸出信號(hào)變化是否已經(jīng)發(fā)生的判斷結(jié)果如果為否，則繼
續(xù)換刀過程；上述分析并判斷是否為控制器的換刀命令的結(jié)果如果為否，
則繼續(xù)釆集控制器輸出狀態(tài)；本發(fā)明方法還具有以下步驟在人機(jī)界面上
實(shí)時(shí)顯示各個(gè)功能機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，并對(duì)控制器的控制過程進(jìn)行出錯(cuò)處理，當(dāng) 釆集的控制器狀態(tài)與當(dāng)前刀架輸出信號(hào)變化前后的控制器的設(shè)置值不同 時(shí)，在人機(jī)界面上給出相應(yīng)提示。 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果
1. 解決了刀架系統(tǒng)控制器程序的測(cè)試問題。本發(fā)明方法釆用PN建立
模型，形成刀架仿真系統(tǒng)代替了以往利用真實(shí)刀架進(jìn)行控制器程序的調(diào)試，
減少了真實(shí)刀架的磨損，為調(diào)試控制器程序提供了良好的測(cè)試手段；
2. 操作簡單，使用方便。本發(fā)明通過對(duì)刀架系統(tǒng)建立完善的PN模型，
在仿真過程中無需人為干預(yù)，數(shù)控操作人員能夠很方便地測(cè)試控制器程序
的正確性，配置文件可以隨機(jī)更改，也極大地提高了測(cè)試的靈活性；
3. 節(jié)約了物力資源。本發(fā)明在測(cè)試過程中不需要真實(shí)的刀架系統(tǒng)配合，
僅通過仿真程就能夠完成測(cè)試功能，減少了測(cè)試成本；
4. 可用于教學(xué)。本發(fā)明不僅可以用于工業(yè)調(diào)試，還可以用于教學(xué)，通過
配置仿真系統(tǒng)，幫助學(xué)生直觀的了解機(jī)床刀架系統(tǒng)的行為和可能出現(xiàn)的控 制器控制邏輯上的錯(cuò)誤，提高教學(xué)質(zhì)量并節(jié)省了教學(xué)投入。


圖i為應(yīng)用本發(fā)明方法的模擬仿真系統(tǒng)構(gòu)成示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中SD系列刀架時(shí)序波形圖； 圖3A為本發(fā)明輸入PN模型圖； 圖3B為本發(fā)明輸出PN模型圖； 圖3C為本發(fā)明編碼器PN模型圖3D為本發(fā)明輸出PN模型與輸入PN模型根據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式連結(jié)示意
圖；圖4為本發(fā)明方法的類描述圖5為本發(fā)明方法仿真程序流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，數(shù)控機(jī)和機(jī)床模擬器通過電纜線連接，仿真程序通過訪 問機(jī)床模擬器的I/O設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制器(本實(shí)施例為PLC)控制狀態(tài)的釆集 并輸出刀架的輸出信號(hào)。本實(shí)施例中數(shù)控機(jī)釆用藍(lán)天數(shù)控機(jī)NC210，其PLC 是內(nèi)裝型的，仿真程序釆集的狀態(tài)信號(hào)是數(shù)控機(jī)里的PLC控制信號(hào)。仿真 程序占用了 1/0設(shè)備的8輸入/16輸出，其中8個(gè)輸出分配給刀架的編碼器, 即該仿真程序可以模擬256把刀的刀架。
本發(fā)明主要在數(shù)控機(jī)和機(jī)床模擬器所抅成的仿真系統(tǒng)上運(yùn)行，其中機(jī) 床模擬器里有支持仿真程序運(yùn)行的操作系統(tǒng)平臺(tái)(Windows CE)。將在計(jì)算
機(jī)中編制好的仿真程序通過網(wǎng)線上傳到機(jī)床模擬器里，該機(jī)床模擬器具有 一塊DOM電子盤，將仿真程序存入DOM即可。
如圖5所示，本發(fā)明方法包括以下步驟依照刀架時(shí)序波形圖中輸入 信號(hào)和輸出信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，針對(duì)刀架各個(gè)功能機(jī)構(gòu)的動(dòng)作變化進(jìn)行建模; 釆集控制器輸出狀態(tài)，自動(dòng)分析模型；根據(jù)上述分析結(jié)果設(shè)置相應(yīng)的刀架 輸出信號(hào)。
所述刀架時(shí)序波形圖中輸入和輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系通過對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式描 述如下輸出信號(hào)的變化=(輸入信號(hào)的變化，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)變化的 間隔時(shí)間(由用戶來指定，單位為ms),刀架選刀方向)。
上述對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式描述于刀架配置文件中第5段，刀架配置文件(ini 格式)編寫格式如下
Name-X (代表刀架的名字) Dir = X (代表刀架的選刀方向) Cuts = X (代表刀架的工位數(shù)) [2]
PN = X (代表有幾個(gè)輸入信號(hào)，P代表輸入信號(hào)) P1=XXXX (第1個(gè)輸入信號(hào)的名字) P2 = XXXX (第2個(gè)輸入信號(hào)的名字) ......有幾個(gè)輸入信號(hào)，寫幾行。
CN = X (代表有幾個(gè)輸出信號(hào)，C代表輸出信號(hào))
C1=XXXX (第l個(gè)輸出信號(hào)的名字) ......有幾個(gè)輸出信號(hào)，寫幾行。(各個(gè)信號(hào)的初始狀態(tài)O或者1)
CtO或1 (C代表輸出信號(hào)) ......有幾個(gè)輸出信號(hào)，寫幾行。P14或1 (P代表輸入信號(hào)) ......有幾個(gè)輸入信號(hào)，寫幾行。(輸出信號(hào)變化與輸入信號(hào)變化之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式及變化前后 的設(shè)置值)
如果有N個(gè)輸出信號(hào)，寫2AN行；按變化發(fā)生順序?qū)懀詈笠粋€(gè)發(fā)生 變化時(shí)，停止編碼器的工作。
所述針對(duì)刀架各個(gè)功能機(jī)構(gòu)的動(dòng)作變化進(jìn)行建模包括用PN對(duì)刀架的 編碼器、輸出功能機(jī)構(gòu)以及輸入功能機(jī)構(gòu)分別建模，其中對(duì)編碼器建模是 根據(jù)工位選通信號(hào)的變化分為X工位、工位切換以及Y工位三個(gè)階段進(jìn)行， 每個(gè)階段均為帶有時(shí)間延遲的PN模型，其中在起始階段即X工位之前具 有控制編碼器停止或啟動(dòng)的庫所，該庫所的狀態(tài)和輸出PN模型與輸入PN 模型之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式中最后一個(gè)輸出信號(hào)的變化是否已經(jīng)發(fā)生相 關(guān)，如果發(fā)生則編碼器停止工作，否則繼續(xù)；每個(gè)階段均有一個(gè)變遷，該 變遷的輸出庫所是刀架工位庫所；在工位切換階段設(shè)置有控制編碼器正、 反轉(zhuǎn)的庫所。
對(duì)刀架的輸出功能機(jī)構(gòu)及輸入功能機(jī)構(gòu)建模是針對(duì)輸入信號(hào)及輸出信 號(hào)的0、 l變化，對(duì)刀架的各個(gè)輸入功能機(jī)構(gòu)獨(dú)立地建立各個(gè)輸入PN模型， 對(duì)刀架的各個(gè)輸出功能機(jī)構(gòu)獨(dú)立地建立各個(gè)輸出PN模型，在輸出PN模型 與輸入PN模型之間通過對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式聯(lián)系起來，該對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式也建 立對(duì)應(yīng)關(guān)系PN模型。
所述自動(dòng)分析模型包括根據(jù)采集的控制器輸出狀態(tài)分析并判斷是否 為控制器的換刀命令；如果是，則設(shè)置各個(gè)輸入PN模型中相應(yīng)庫所的狀態(tài) 并設(shè)置各個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系PN模型中相應(yīng)庫所的狀態(tài)；對(duì)應(yīng)關(guān)系PN模型中庫所 狀態(tài)的變化引起變遷發(fā)生后，設(shè)置各個(gè)輸出PN模型中相應(yīng)庫所的狀態(tài)，并 向控制器反饋刀架輸出信號(hào)的當(dāng)前狀態(tài)；判斷輸出PN模型與輸入PN模型 之間對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式中最后一個(gè)輸出信號(hào)變化是否已經(jīng)發(fā)生，如果是，則 繼續(xù)采集控制器輸出狀態(tài)，如果為否，則繼續(xù)換刀過程。上述分析并判斷 是否為控制器的換刀命令的結(jié)果如果為否，則繼續(xù)采集控制器輸出狀態(tài)。
上述用PN (Petri Net)實(shí)現(xiàn)對(duì)刀架的建模模型如圖3A C所示。將刀 架的功能機(jī)構(gòu)按照產(chǎn)生信號(hào)的性質(zhì)分為輸入功能機(jī)構(gòu)和輸出功能機(jī)構(gòu)。從 抽象模型的角度來看，將刀架的各個(gè)輸入功能機(jī)構(gòu)獨(dú)立地建立成各個(gè)輸入 PN模型(圖3A)，把刀架的輸出功能機(jī)構(gòu)獨(dú)立地抽象成各個(gè)輸出PN模型 (圖3B)。所述輸入PN模型與輸出PN模型之間根據(jù)一些條件聯(lián)系起來， 而這些條件也建立成PN模型，即對(duì)應(yīng)關(guān)系PN模型。所述條件是指輸出 信號(hào)的工作過程在一定程度上受到輸入信號(hào)的控制，表現(xiàn)為因果關(guān)系或邏 輯關(guān)系，將這種控制關(guān)系抽象為條件，即對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式輸出信號(hào)的變 化=(輸入信號(hào)的變化，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)變化的間隔時(shí)間(由用戶來指 定，單位為ms)，刀架選刀方向)，例如，bolt，= (elect, 200， 0)。如果與選刀方向無關(guān)，則用0表示，正轉(zhuǎn)是l,反轉(zhuǎn)是2。
編碼器的建模比較特殊，因?yàn)樗墓ぷ鬟^程不是簡單的0、 1變化過程。
針對(duì)編碼器在刀架系統(tǒng)中的作用，根據(jù)選通信號(hào)將其分為以下3個(gè)階段進(jìn) 行建模，假設(shè)某類刀架編碼器的工位數(shù)是N(NM),假設(shè)X和Y是兩個(gè)相 鄰的工位，則刀架從X工位轉(zhuǎn)到Y(jié)工位，可以分為以下三個(gè)階段X工位 —工位切換—Y工位，刀架處于這三個(gè)階段的時(shí)間分別是Tx、 T0和Ty, 這三個(gè)參數(shù)是可調(diào)的，(Tx + T0+Ty)是刀架電機(jī)切換一個(gè)工位的時(shí)間。其 中在起始階段即X工位之前具有控制編碼器停止或啟動(dòng)的庫所Pcond,該 庫所Pcond的狀態(tài)和輸出PN模型與輸入PN模型之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式中 最后一個(gè)輸出信號(hào)的變化是否已經(jīng)發(fā)生相關(guān)，如果發(fā)生則編碼器停止工作， 否則繼續(xù)；每個(gè)階段均有一個(gè)變遷，該變遷的輸出庫所是刀架工位庫所 Pcur;在工位切換階段設(shè)置有控制編碼器正、反轉(zhuǎn)的庫所Pdir。
如圖3C所示，這是 一個(gè)混合PN，包括Colored PN (著色PN)和Timed PN (時(shí)間延遲PN)等概念，另外它還包含了幾種特殊的PN構(gòu)造成分，如 禁止弧和或關(guān)系變遷等。Pini庫所用來表示刀架的初始工位，取值范圍1 到N;Pdir庫所用來表示刀架當(dāng)前的選刀方向；當(dāng)Pcond庫所有令牌(token) 的時(shí)候，編碼器將停止工作；Psel庫所用來表示當(dāng)前編碼器的選通信號(hào)； 變遷t2、 t4、 t6分別具有一個(gè)延遲時(shí)間Tx、 T0和Ty,分別表示編碼器工作 的三個(gè)過程；圖3C中，Pini、 P7、 P8、 Psel、 Pcur^取值范圍是[1， 2,…， N]， Pdir的類型是[Negative, Positive];這些是著色的庫所，其他是普通 庫所。
輸出PN和輸入PN比較類似，以輸出PN為例。
在圖3B中，輸出信號(hào)PN模型中包含有Timed PN的概念。變遷tl和 t2分別有一個(gè)時(shí)間延遲參數(shù)Tl和T2，當(dāng)時(shí)間延遲參數(shù)等于0時(shí)，這些變 遷就和普通的變遷一樣。庫所Pfallcond和Prisecond是用來設(shè)置信號(hào)由1 變?yōu)?和由0變?yōu)?的條件的。庫所Prising和Pfalling分別表示是否有上 升沿或下降沿產(chǎn)生。從庫所Prising到變遷tl有虛線弧，是因?yàn)榭紤]到這樣 一種情況，就是當(dāng)變遷tl要發(fā)生時(shí)，庫所Prising里面還有token,這是不 允許的，因此在變遷tl發(fā)生的時(shí)候檢查一下Prising中是否還有token存在， 如果有，就把這個(gè)token移走，但是庫所Prising并不是變遷tl的輸入庫所。 從庫所Pfalling到變遷t2的虛線弧的作用類似。
輸出PN模型的形式化描述如下
SignalPN= {P， T, F, Tempo}; SignalPN為該P(yáng)N模型的名稱; P= {Pfallcond, Prisecond, Pfalling， Prising, PI, P2}; P代表庫所； T= (tl， t2}; T代表變遷；
F= {(Pfallcond, tl ), (PI, tl )， (tl, Pfalling), (tl, P2), (P2, t2), (Prisecond, t2), "2， PI )， "2, Prising)}; F代表弧;
Tempo (tl ) =T1, Tempo (t2) =T2，其中Tl和T2是非負(fù)有理數(shù)；Tempo (tl)代表時(shí)間變遷的參數(shù)；
如上所述，將輸入PN模型及輸出PN模型用對(duì)應(yīng)關(guān)系表,式聯(lián)系起來， 例如lockT=(NroleT,50,l) (Prolen50,2)的PN模型如圖3D所示。該圖把對(duì)應(yīng) 信號(hào)的Petri網(wǎng)模型中的庫所Pset即lock信號(hào)的上升沿條件換成該表達(dá)式所 描述的條件NroleT和Prole，，即圖3D中虛線圈里所描述的，其中NroleT和 ProleT分別是對(duì)應(yīng)信號(hào)的Petri網(wǎng)模型中的Prising庫所。這樣我們就把輸入PN 模型和輸出PN模型聯(lián)系起來，再與編碼器組成一個(gè)完整的PN模型，刀架 的仿真也就相當(dāng)于該完整PN模型執(zhí)行一系列動(dòng)作的過程。
本發(fā)明PN模型通過類實(shí)現(xiàn)，類描述圖如圖4所示。圖中SignalPN類 對(duì)應(yīng)于輸出PN模型，SPLCPN類對(duì)應(yīng)于輸入PN模型，CoderPN類對(duì)應(yīng)于 編碼器PN模型，Condition類對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)關(guān)系PN模型。
仿真程序是模擬仿真的工具，刀架工作時(shí)序是模擬仿真的對(duì)象。仿真 程序?qū)崿F(xiàn)了 (l)對(duì)刀架時(shí)序的仿真，并設(shè)置相應(yīng)的刀架輸出信號(hào)；(2)能 夠校驗(yàn)控制器的控制是否正確，并在界面上給出相應(yīng)提示。刀架的輸出信 號(hào)發(fā)生每次變化的前后，都會(huì)判斷控制器的輸出狀態(tài)，若和配置文件中的 設(shè)置值相符，則為正確，否則為錯(cuò)誤，并在界面上給出相應(yīng)的提示；(3) 實(shí)現(xiàn)了仿真程序和數(shù)控機(jī)在電氣上的閉環(huán)，即數(shù)控機(jī)控制仿真程序時(shí)，判 斷不出是仿真程序還是真實(shí)的機(jī)床刀架。
仿真程序能根據(jù)用戶提供的刀架配置文件，自動(dòng)建立相應(yīng)的仿真程序 模塊進(jìn)行相關(guān)的仿真工作。利用PN模型作為從刀架配置文件和仿真程序模 塊之間轉(zhuǎn)換的中間的抽象層次，相當(dāng)于系統(tǒng)理解用戶輸入的配置文件的過 程，繼而把這種PN轉(zhuǎn)化成仿真程序模塊。
仿真程序的流程圖如圖5所示，程序開始，讀取刀架配置文件獲得刀 架參數(shù)并初始化各個(gè)信號(hào)；建立刀架各個(gè)功能機(jī)構(gòu)的PN模型；實(shí)例化相應(yīng) 的輸入PN和輸出PN的類對(duì)象，并向控制器反饋刀架初始狀態(tài)；讀取控制 器命令，分析檢測(cè)其是否為換刀命令(即判斷刀架各個(gè)輸入信號(hào)的狀態(tài)與
刀架配置文件里各個(gè)輸入信號(hào)的初始狀態(tài)是否相同)；如是，則設(shè)置各個(gè)輸
入PN模型中相應(yīng)庫所的狀態(tài)并設(shè)置各個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系PN模型中相應(yīng)庫所的狀 態(tài)，分析并檢測(cè)控制器命令的正確性；
對(duì)應(yīng)關(guān)系PN模型中庫所狀態(tài)的變化引起變遷發(fā)生后，設(shè)置各個(gè)輸出 PN模型中相應(yīng)庫所的狀態(tài)，并向控制器反饋刀架輸出信號(hào)的當(dāng)前狀態(tài)；
判斷輸出PN模型與輸入PN模型之間對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式中最后一個(gè)輸出
信號(hào)變化是否已經(jīng)發(fā)生，即換刀是否結(jié)束；
如果是，則繼續(xù)釆集控制器輸出狀態(tài)；否則繼續(xù)換刀過程； 上述分析并判斷是否為控制器的換刀命令的結(jié)果如果為否，則繼續(xù)釆集
控制器輸出狀態(tài)。
上述換刀過程及采集控制器狀態(tài)過程均為循環(huán)過程。 下面以SD系列刀架為例說明本發(fā)明方法的實(shí)施過程。如圖2所示，為發(fā)明實(shí)施例中SD系列刀架時(shí)序波形圖，圖中SD系列 刀架從一工位到二工位再從二工位到十二工位的動(dòng)作。刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)到達(dá) 預(yù)定位(即目的工位的前一工位)的選通信號(hào)的下降沿后，延時(shí)為Rlms， 電磁鐵帶動(dòng)銷子開始插銷過程一直到發(fā)出預(yù)定位到位信號(hào)后，延時(shí)R2ms, 電機(jī)開始反轉(zhuǎn)直到刀架系統(tǒng)得到鎖緊開關(guān)信號(hào)延時(shí)R3ms后，電機(jī)停止。刀 架換刀結(jié)東。鎖緊開關(guān)、銷子等都是刀架的功能機(jī)構(gòu)。
下面列出的是SD刀架配置文件 〃jU^、兌日月;j力口^《一^j^寺;L+、自i^7H乂雙工ft
Dir=2
Cuts=12
PN二4〃用來說明輸入信號(hào)(用P表示)，第1行要注明有幾個(gè)輸入信號(hào)；
Pl=PRole
P2=NRole
P3=brake
P4=elec
CN=2 〃用來說明輸出信號(hào)(用C表示)，第1行要注明有幾個(gè)輸出信
號(hào)；
Cl=lock C2=bolt 〃用來說明輸入和輸出信號(hào)的初始值
Cl=l
C2=0
P1=0
P2=0
P3=l
P4=0//對(duì)輸出信號(hào)變化的描述，為了在文件里方便描述，用"+"來代表 上升沿"卞，，,"畫，，代表'Y，。例如C2+: (P4+, 8， 0) I (1001) (0101) P4+代表第4個(gè)輸入信號(hào)的上升沿，8代表該變遷在P 4+和C2+之間的延遲, 0代表當(dāng)前的選刀方向，如果與選刀方向無關(guān)，則用0表示，正轉(zhuǎn)是l,反 轉(zhuǎn)是2。 (1001)表示變化前輸入信號(hào)的狀態(tài)，(0101)表示變化后輸入信號(hào) 的狀態(tài)。
Cl-= (Start2, 0) I ( 1000) ( 1000)
C2+ = C2+ (P4+, 8, 0) I ( 1001 ) (0101 )
Cl-= (Pl-, 4, 1 ) (P2畫，4， 2) I (0101 ) (0011 )
C2-= (P4-, 0， 0) I (0011 ) (0010)
把機(jī)床模擬器和數(shù)控機(jī)連接，由數(shù)控機(jī)發(fā)出換刀命令，即T代碼命令,軟件與數(shù)控機(jī)形成閉環(huán)，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)來說，無法判斷它控制的是真實(shí)的刀 架還是仿真軟件。
人機(jī)界面可以顯示刀架系統(tǒng)各個(gè)功能機(jī)構(gòu)的狀態(tài)以及當(dāng)前工位，綠燈
代表當(dāng)前狀態(tài)為1,紅燈代表當(dāng)前狀態(tài)為0。如果PLC控制過程正確，那么
刀架系統(tǒng)各個(gè)功能機(jī)構(gòu)的狀態(tài)都能夠按照配置文件里描述的時(shí)序變化。如
果檢測(cè)出PLC控制過程出現(xiàn)錯(cuò)誤，會(huì)在界面上顯示出來，軟件的錯(cuò)誤分析 是在仿真過程中對(duì)輸出信號(hào)的每次變化前后做檢查。
本發(fā)明的建模仿真方法，在技術(shù)上上升到數(shù)學(xué)模型的層次，用一種統(tǒng) 一的時(shí)序描述方法描述刀架時(shí)序，在使用時(shí)無須了解任何控制流程即不限 制操作人員的技術(shù)水平，使用起來更方便。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控機(jī)床刀架的建模仿真方法，其特征在于依照刀架時(shí)序波形圖中輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，針對(duì)刀架各個(gè)功能機(jī)構(gòu)的動(dòng)作變化進(jìn)行建模；采集控制器輸出狀態(tài)，自動(dòng)分析模型；根據(jù)上述分析結(jié)果設(shè)置相應(yīng)的刀架輸出信號(hào)。
2. 按權(quán)利要求l所述數(shù)控機(jī)床刀架的建模仿真方法，其特征在于所 述刀架時(shí)序波形圖中輸入和輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系通過對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式描述如 下輸出信號(hào)的變化=(輸入信號(hào)的變化，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)變化的間隔 時(shí)間，刀架選刀方向)。
3. 按權(quán)利要求l所述數(shù)控機(jī)床刀架的建模仿真方法，其特征在于針 對(duì)刀架各個(gè)功能機(jī)構(gòu)的動(dòng)作變化進(jìn)行建模包括用PN對(duì)刀架的編碼器、輸 出功能機(jī)構(gòu)以及輸入功能機(jī)構(gòu)分別建模，其中對(duì)編碼器建模是根據(jù)工位選 通信號(hào)的變化分為X工位、工位切換以及Y工位三個(gè)階段進(jìn)行，每個(gè)階段 均為帶有時(shí)間延遲的PN模型，其中在起始階段即X工位之前具有控制編 碼器停止或啟動(dòng)的庫所(Pcond),該庫所(Pcond)的狀態(tài)和輸出PN模型 與輸入PN模型之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式中最后一個(gè)輸出信號(hào)的變化是否已 經(jīng)發(fā)生相關(guān)，如果發(fā)生則編碼器停止工作，否則繼續(xù)；每個(gè)階段均有一個(gè) 變遷，該變遷的輸出庫所是刀架工位庫所(Pcur);在工位切換階段設(shè)置有 控制編碼器正、反轉(zhuǎn)的庫所(Pdir)。
4. 按權(quán)利要求3所述數(shù)控機(jī)床刀架的建模仿真方法，其特征在于對(duì) 刀架的輸出功能機(jī)構(gòu)及輸入功能機(jī)構(gòu)建模是針對(duì)輸入信號(hào)及輸出信號(hào)的0、 l變化，對(duì)刀架的各個(gè)輸入功能機(jī)構(gòu)獨(dú)立地建立各個(gè)輸入PN模型，對(duì)刀架 的各個(gè)輸出功能機(jī)構(gòu)獨(dú)立地建立各個(gè)輸出PN模型，在輸出PN模型與輸入 PN模型之間通過對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式聯(lián)系起來，該對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式也建立對(duì)應(yīng) 關(guān)系PN模型。
5. 按權(quán)利要求l所述數(shù)控機(jī)床刀架的建模仿真方法，其特征在于所 述自動(dòng)分析模型包括根據(jù)釆集的控制器輸出狀態(tài)分析并判斷是否為控制器的換刀命令；如果是，則設(shè)置各個(gè)輸入PN模型中相應(yīng)庫所的狀態(tài)并設(shè)置各個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān) 系PN模型中相應(yīng)庫所的狀態(tài)；對(duì)應(yīng)關(guān)系PN模型中庫所狀態(tài)的變化引起變遷發(fā)生后，設(shè)置各個(gè)輸出 PN模型中相應(yīng)庫所的狀態(tài)，并向控制器反饋刀架輸出信號(hào)的當(dāng)前狀態(tài)；判斷輸出PN模型與輸入PN模型之間對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式中最后一個(gè)輸出信號(hào)變化是否已經(jīng)發(fā)生；如果是，則繼續(xù)釆集控制器輸出狀態(tài)。
6. 按權(quán)利要求5所述數(shù)控機(jī)床刀架的建模仿真方法，其特征在于上述判斷輸出PN模型與輸入PN模型之間對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式中最后一個(gè)輸出信號(hào)變化是否已經(jīng)發(fā)生的判斷結(jié)果如果為否，則繼續(xù)換刀過程。
7. 按權(quán)利要求5所述數(shù)控機(jī)床刀架的建模仿真方法，其特征在于上 述分析并判斷是否為控制器的換刀命令的結(jié)果如果為否，則繼續(xù)采集控制 器輸出狀態(tài)。
8. 按權(quán)利要求l所述數(shù)控機(jī)床刀架的建模仿真方法，其特征在于還具 有以下步驟在人機(jī)界面上實(shí)時(shí)顯示各個(gè)功能機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，并對(duì)控制器的 控制過程進(jìn)行出錯(cuò)處理，當(dāng)釆集的控制器狀態(tài)與當(dāng)前刀架輸出信號(hào)變化前 后的控制器的設(shè)置值不同時(shí)，在人機(jī)界面上給出相應(yīng)提示。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)控機(jī)床刀架的建模仿真方法，依照刀架時(shí)序波形圖中輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，針對(duì)刀架各個(gè)功能機(jī)構(gòu)的動(dòng)作變化進(jìn)行建模；采集控制器輸出狀態(tài)，自動(dòng)分析模型；根據(jù)上述分析結(jié)果設(shè)置相應(yīng)的刀架輸出信號(hào)；針對(duì)刀架各個(gè)功能機(jī)構(gòu)的動(dòng)作變化進(jìn)行建模包括用PN對(duì)刀架的編碼器、輸出功能機(jī)構(gòu)以及輸入功能機(jī)構(gòu)分別建模，其中對(duì)編碼器建模是根據(jù)工位選通信號(hào)的變化分為X工位、工位切換以及Y工位三個(gè)階段進(jìn)行，每個(gè)階段均為帶有時(shí)間延遲的PN模型；每個(gè)階段均有一個(gè)變遷，該變遷的輸出庫所是刀架工位庫所；在工位切換階段設(shè)置有控制編碼器正、反轉(zhuǎn)的庫所。本發(fā)明解決了刀架系統(tǒng)控制器程序的測(cè)試問題，節(jié)約了物力資源，可用于教學(xué)。
文檔編號(hào)G05B19/18GK101295174SQ20071001112
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日
發(fā)明者楊惠娟, 陶耀東 申請(qǐng)人:沈陽高精數(shù)控技術(shù)有限公司;中國科學(xué)院沈陽計(jì)算技術(shù)研究所有限公司