淺談華中系統(tǒng)數(shù)控車床PLC軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉洋

一、華中數(shù)控系統(tǒng)及其開放性簡(jiǎn)介

(1)以通用工控機(jī)為核心的開放式體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用基于通用32位工業(yè)控制機(jī)和DOS平臺(tái)的開放式體系結(jié)構(gòu)，可充分利用PC的軟硬件資源，二次開發(fā)容易，易于系統(tǒng)維護(hù)和更新?lián)Q代、可靠性好。

(2)獨(dú)創(chuàng)的曲面直接插補(bǔ)算法和先進(jìn)的數(shù)控軟件技術(shù)

處于國(guó)際領(lǐng)先水平的曲面直接插補(bǔ)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高速、高效和高精度的復(fù)雜曲面加工。

(3)統(tǒng)配套能力強(qiáng)

公司具備了全套數(shù)控系統(tǒng)配套能力。系統(tǒng)可選配公司生產(chǎn)的HSV-11D交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)與伺服電機(jī)、HC5801/5802系列步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元與電機(jī)、HG.BQ3-5B三相正弦波混合式驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)和國(guó)內(nèi)外各類模擬式、數(shù)字式伺服驅(qū)動(dòng)單元。

二、PLC在數(shù)控系統(tǒng)上的作用

(1)控制系統(tǒng)研制中需要認(rèn)識(shí)與解決的若干問題

①防止步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)失步和誤差

為了保證定位精度，脈沖當(dāng)量不能太大，但卻影響了定位速度。因此如何既能提高定位速度，同時(shí)又能保證定位精度是一項(xiàng)需要認(rèn)真考慮并切實(shí)加以解決的問題。

②可變控制參數(shù)的在線修改

PLC應(yīng)用于點(diǎn)位控制時(shí)，用戶顯然希望當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)條件發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)的某些控制參數(shù)能作相應(yīng)的修改，為滿足生產(chǎn)的連續(xù)性，要求對(duì)控制系統(tǒng)可變參數(shù)的修改應(yīng)在線進(jìn)行。

(2)控制系統(tǒng)方案

①將定位過程劃分為脈沖當(dāng)量不同的兩個(gè)階段

粗定位階段：由于在點(diǎn)位過程中，刀具不切削工件，因此可采用較大的脈沖當(dāng)量，由步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)刀具或工作臺(tái)傳動(dòng)。精定位階段：當(dāng)使用較大的脈沖當(dāng)量使刀具或工作臺(tái)快速移動(dòng)至接近定位點(diǎn)時(shí)，(即完成粗定位階段)，為了保證定位精度，再換用較小的脈沖當(dāng)量進(jìn)入精定位階段，讓刀具或工作臺(tái)慢慢趨近于定位點(diǎn)，采用降速傳動(dòng)。

②應(yīng)用功能指令實(shí)現(xiàn)BCD碼撥盤數(shù)據(jù)輸入

BCD碼數(shù)據(jù)撥盤是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中常用到的十進(jìn)制撥盤數(shù)據(jù)輸入裝置。將BCD碼撥盤裝置應(yīng)用于PLC控制的系統(tǒng)，這樣無需再設(shè)計(jì)數(shù)碼輸入顯示電路，有效地節(jié)省了PLC的輸入點(diǎn)，簡(jiǎn)化了硬件電路。

③PLC外部元件故障的自動(dòng)檢測(cè)

由于PLC具有極高的可靠性，故障不是來自PLC本身，而是由于外部元件故障引起的，系統(tǒng)一旦自動(dòng)檢測(cè)到元件故障，應(yīng)不僅具有聲光報(bào)警功能，而且能立即顯示故障代碼，以便用戶據(jù)此迅速判斷出故障原因。

(3)控制系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)

軟件結(jié)構(gòu)

軟件結(jié)構(gòu)根據(jù)控制要求而的設(shè)計(jì)，主要?jiǎng)澐譃槲宕竽K：即步進(jìn)電機(jī)控制模塊、定位控制模塊、數(shù)據(jù)撥盤輸入及數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)碼輸出顯示模塊、元件故障的自動(dòng)檢測(cè)與報(bào)警模塊。

三、華中數(shù)控內(nèi)置式PLC基本原理

華中數(shù)控PLC采用C語(yǔ)言編程，具有靈活、高效、使用方便等特點(diǎn)。

(1)面設(shè)華中數(shù)控內(nèi)置式PLC結(jié)構(gòu)及相關(guān)寄存器的訪問

X寄存器為機(jī)床輸出到PLC的開關(guān)信號(hào)，最大可有128組（或稱字節(jié)，下同）；

Y寄存器為PLC；

R寄存器為PLC的內(nèi)部中間寄存器，共有768；

G為PLC輸出到計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的開關(guān)信號(hào)，最大可有256組；

F寄存器為計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)輸出到PLC的開關(guān)信號(hào)，最大可有256組；

P寄存器味兒PLC外部參數(shù)，可有機(jī)床擁護(hù)設(shè)置（運(yùn)行參數(shù)子菜單中的PMC用戶參數(shù)命令可設(shè)置），共100組；

B寄存器為斷電保護(hù)信息，共有100組。

X、Y寄存器會(huì)隨時(shí)隨著不同的數(shù)控機(jī)床有所不同，主要和實(shí)際的機(jī)床輸入/輸出開關(guān)信號(hào)（如限位開關(guān)、控制面板開關(guān)等）有關(guān)。但X、Y寄存器一旦定義好，軟件就不能更改其寄存器各位的定義；如工要更改，必須更改相應(yīng)的營(yíng)建接口或接線端子。

R寄存器是PLC內(nèi)部的中間寄存器，可由PLC軟件任意使用。

G、F寄存器有數(shù)控系統(tǒng)與PLC事先約定好的，PLC因和軟件都不能更改其基礎(chǔ)暖氣的各位的定義。

P寄存器可由PLC程序與機(jī)床用戶任意自行定義。

對(duì)于各寄存器，系統(tǒng)提供了相關(guān)變量供用戶靈活使用。

(2)華中數(shù)控內(nèi)置式PLC軟件結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理；

和一般C語(yǔ)言程序都必須提供main()函數(shù)一樣，用戶編寫內(nèi)置式PLC的C語(yǔ)言程序必須提供如下系統(tǒng)函數(shù)定義及系統(tǒng)變量值：

externvoidinit(void);//初始化PLC

externvoidplc1(void);//PLC程序入口1

externunsignedplc2_time;//函數(shù)plc2()的運(yùn)行周期，單位：毫秒

externunsignedplc2_time;//函數(shù)plc2()運(yùn)行周期，單位：毫秒

externvoidplc2(void);//PLC程序入口2

系統(tǒng)初始化PLC時(shí)，將調(diào)用PLC提供的init()函數(shù)（該函數(shù)只被調(diào)用一次）。在系統(tǒng)初始化完成后，數(shù)控系統(tǒng)將周期性地運(yùn)行如下過程：

①?gòu)挠布丝诩皵?shù)控系統(tǒng)成批讀入所有X、F、P寄存器的內(nèi)容；

②如果plc1_time所指定的周期時(shí)間已到，調(diào)用函數(shù)plc1();

③如果plc2_time所指定的周期時(shí)間已到，調(diào)用函數(shù)plc2();

④系統(tǒng)成批輸出G、Y、B寄存器。

一般地，plc1_time總是小于plc2_time,即函數(shù)plc1()較plc2()調(diào)用的頻率要高。因此，華中數(shù)控稱函數(shù)plc1()為PLC高速掃描進(jìn)程、plc2()為低速掃描進(jìn)程。

因此，用戶提供的plc1()函數(shù)及plc2()函數(shù)必須根據(jù)X及F寄存器的內(nèi)容計(jì)算出G及Y寄存器的值。

參 考 文 獻(xiàn)

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[8]尚靖,周會(huì)成,陳吉紅.基于開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)的軟件PLC.機(jī)械與電子.2006.■