一種基于Twin Cat的激光數控系統設計與實現
2020-7-31 來源： 廣東順德工業設計研究院 廣東順德創新 作者：熊翌竹，吳本濤，王春政
摘要：設計了基于Twin CAT的激光數控系統，以提高數控人機交互平臺的友好性和可定制性，實現業務領域的行業細分。系統基于Twin CAT提供的ADS通訊組件，采用.NET平臺進行邏輯業務編碼和界面搭建，實現了對PLC和CNC控制器的實時狀態監測和控制。現場應用表明，系統配置靈活，人機交互強，可以很好地運用于激光數控的工件加工操作.
關鍵詞：Twin CAT；.NET；數控系統
0 、引言
數控系統是數字控制系統的簡稱[1]，英文名稱為Numerical Control System，它是一種專用計算機系統，配置有伺服驅動裝置[2]。通常用來對機械設備進行位置、角度等量的動作控制[3]。
Twin CAT 數控系統采用開放式 CNC 編程理念。它具有全模塊化的軟件體系結構和實時的配置系統，能夠兼容各種軟硬件平臺。提供了標準的通信協議組件，并支持各種高級編程語言。這使機械制造商和用戶可以方便地基于此平臺進行二次開發出有個性的應用軟件，以進行行業區分。本文涉及的研發項目便是機床數控系統二次開發，主要側重高功率激光加工控制做智能化、專業化功能開發。本文基于 Twin CAT 平臺主要講述上位機系統的設計與實現。
1 、Twin CAT框架簡介
Twin CAT （The Windows Control and Automa?tion Technology)，基于 Windows 的控制和自動化技術） [4]，主要由PLC、NC、Windows 應用程序等各個軟件模塊組成，各個模塊配置有地址和端口。在此框架上各個軟件模塊都是 Twin CAT 的一個獨立通訊節點，相互之間通過基于 ADS 通訊協議的信息路由器進行模塊間的數據和信息交互。
2、系統設計與實現
2.1系統概要設計
本項目中，激光數控系統 HMI 直接與 PLC 交互，通過 PLC 間接控制 CNC，對實時性要求不高，主要體現人機交互和界面簡潔可操作。主要需要實現CNC軸移動、倍率控制、圖形顯示、工藝參數配置、事項信息顯示、設備運行狀態監視等功能，并同時考慮界面靈活配置，人員權限配置等功能。
Twin CAT 已經與微軟 VS Studio 無縫集成，對開發支持更加便捷和成熟，技術平臺上選用.NET平臺，基于VS2015開發實現。本系統設計架構圖如圖1所示。
其中 ADS 通訊層為 Twin CAT 框架中的路由層，可供 TWin CAT 框架中 PLC、CNC 實時系統、HMI 等節點接入，各節點通過 ADS 通訊協議進行傳輸。本系統也作為其中的一個節點依靠 ADS 動
態庫組件進行接入，在.NET平臺上實現各種業務邏輯，與PLC和NC實時系統進行交互。通過 Twin CAT ADS 訪問 PLC 變量首先要跟地址建立連接。有地址和變量名兩種方式。其中地址方式是指通過 Group Index 和 Offset Index 組合的地址訪問 PLC 變量。
Group Index 一般用于區別寄存器類型，為常量，Offset Index 為變量的偏移地址，即表示 PLC 變量的地址。變量名方式是指在ADS 設備中每個變量都有一個句柄，本項目中與PLC 變量的交互主要采用后者實現。
2.2 系統詳細設計與實現
各功能模塊都需要通過 ADS 與 PLC 和 NC 實時系統進行數據交互，只是有些模塊是下發設置數據，有些則是召測顯示數據。添加對 Twin CAT.Ads.dll 模塊引用 ， 建立 Tc Ads Nc Server
和 Tc Ad?s Plc Server 對象，采用注冊事件的方式實現對兩種控制器狀態的監測和操作模式識別，并對接收的消息進行自定義處理。系統設計示意圖如圖2。
部分消息注冊處理接口定義如下：
與PLC交互的收發函數接口定義如下：
最終實現的系統主界面如圖3。
圖3 系統主界面
3 、結束語
Beckhoff Twin CAT 系統軟件可通過多 PLC 系統、NC 軸控制系統、編程環境和操作站，將任何兼容 PC“改造”成為一臺實時控制器。本文基于Twin CAT 搭建的激光數控系統，配置靈活，人機交互強，經過實際測試，可以很好地運用于激光數控的工件加工操作。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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