李剛 王智勇

[摘要]?現(xiàn)代制造業(yè)以自動(dòng)化、集成化和柔性為發(fā)展目標(biāo)，以數(shù)控技術(shù)為實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)也是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、提升產(chǎn)品質(zhì)量必不可少的技術(shù)手段。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床PLC功能已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)床其不可或缺的功能。目前國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床PLC功能與國(guó)外同類產(chǎn)成品還存在一定的差距，迫切需要將數(shù)控機(jī)床PLC功能進(jìn)一步完善。

[關(guān)鍵詞]?數(shù)控技術(shù)?PLC

1.PLC在數(shù)控系統(tǒng)上的應(yīng)用

可編程邏輯控制器（PLC）的特點(diǎn)

現(xiàn)代的PLC技術(shù)應(yīng)用更加成熟其特點(diǎn)如下：①可靠性高，抗干擾能力強(qiáng);②通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便;③功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣;③編程簡(jiǎn)單，容易掌握;④減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工的工作量;⑤體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便。

2.PLC在數(shù)控系統(tǒng)上的應(yīng)用

數(shù)控機(jī)床上PLC的類型

目前PLC已經(jīng)成為數(shù)控機(jī)床基本的不可缺少的控制裝置。數(shù)控機(jī)床的PLC大致可以分為兩種類型。一是獨(dú)立型PLC：一般由PLC生產(chǎn)廠家生產(chǎn);另一種是數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家專門為數(shù)控機(jī)床順序控制而設(shè)計(jì)，與數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)成一體的內(nèi)裝型PLC。

（1）獨(dú)立型PLC。獨(dú)立型PLC又稱通用型PLC。這種PLC具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨(dú)立完成規(guī)定的控制任務(wù)。數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的獨(dú)立型PLC，一般采用中型或大型PLC，I/O點(diǎn)數(shù)一般在200點(diǎn)以上，所以多采用積木式模塊化結(jié)構(gòu)，具有安裝方便，功能易于擴(kuò)展和變換等優(yōu)點(diǎn)。

（2）內(nèi)裝型PLC，內(nèi)裝型PLC從屬于CNC裝置，具有以下特點(diǎn)：內(nèi)裝型PLC實(shí)際上是CNC裝置帶有PLC功能，存在于CNC系統(tǒng)的內(nèi)部，不能脫離數(shù)控系統(tǒng)，單獨(dú)完成控制要求。內(nèi)裝型PLC的性能指標(biāo)（如I/O點(diǎn)數(shù)、程序最大執(zhí)行步數(shù)、每步執(zhí)行時(shí)間、程序掃描時(shí)間、功能指令數(shù)目等）由所從屬的CNC系統(tǒng)的規(guī)格、性能、適用機(jī)床的類型等確定。硬件和軟件部分作為CNC系統(tǒng)的基本功能或附加功能與CNC系統(tǒng)一起統(tǒng)一設(shè)計(jì)制造的。內(nèi)裝型PLC適用于單臺(tái)數(shù)控機(jī)床及加工中心等場(chǎng)合。

3.數(shù)控機(jī)床PLC上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

數(shù)控系統(tǒng)PLC功能按實(shí)現(xiàn)的運(yùn)行環(huán)境可以分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分。本文的上位機(jī)運(yùn)行環(huán)境為PC機(jī)，下位機(jī)運(yùn)行環(huán)境則為數(shù)控系統(tǒng)端編程軟件實(shí)現(xiàn)的Linux環(huán)境。其中上位機(jī)的PLC軟件，具有開(kāi)放性好，擴(kuò)展能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是PLC技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。

（1）軟件PLC的系統(tǒng)構(gòu)架和編程環(huán)境。程序的主框架設(shè)計(jì)是軟件PLC的基礎(chǔ)，好的主框架是軟件PLC功能完美實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。上位機(jī)的PLC軟件應(yīng)該包括的基本功能有：梯形圖的顯示、編輯、梯形圖的語(yǔ)法檢查、梯形圖的編譯、PLC的實(shí)時(shí)通信、將生成的目標(biāo)代碼傳送到相應(yīng)的運(yùn)行平臺(tái)。如圖3.1所示，虛線框內(nèi)的部分在Visual?C++6.0這個(gè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。除此之外，基本的打開(kāi)、保存、新建等基本編輯功能也是軟件PLC應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能。

圖3.1?軟件PLC系統(tǒng)構(gòu)架

（2）?PLC編譯功能的實(shí)現(xiàn)。IEC?61131-3是PLC程序的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，此編程標(biāo)準(zhǔn)包括5種PLC編程語(yǔ)言：梯形圖、功能塊圖，順序功能圖，結(jié)構(gòu)文本和指令表。其中梯形圖和指令表最為簡(jiǎn)單易用，應(yīng)用的范圍最為廣泛。指令語(yǔ)言是利用助記符的形式來(lái)表示程序的編程語(yǔ)言，雖然沒(méi)有梯形圖直觀，但是比較容易轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的機(jī)器語(yǔ)言。

4.下位機(jī)界面和基本功能的實(shí)現(xiàn)

通常將數(shù)控系統(tǒng)的界面部分稱之為上位機(jī)，數(shù)控系統(tǒng)的底層運(yùn)動(dòng)控制部分為下位機(jī)。為解決數(shù)控系統(tǒng)的封閉式結(jié)構(gòu)，因此選用了Linux操作系統(tǒng)作為數(shù)控系統(tǒng)程序的開(kāi)發(fā)環(huán)境。

可編程順序邏輯控制器（PMC）功能是對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行順序控制，以CNC內(nèi)部和機(jī)床各行程開(kāi)關(guān)、繼電器、傳感器、按鈕等的開(kāi)關(guān)量信號(hào)狀態(tài)為條件，按照事先規(guī)定好的梯形圖或指令語(yǔ)言的邏輯順序?qū)Φ毒叩母鼡Q、主軸換向與啟停，工件的松開(kāi)與夾緊，潤(rùn)滑、冷卻、液壓等系統(tǒng)運(yùn)行的控制。

數(shù)控系統(tǒng)PMC梯形圖的單元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)該與上位機(jī)的保持一致;為便于梯形圖在數(shù)控系統(tǒng)端的修改，下位機(jī)PMC應(yīng)該具有元件編輯功能，同時(shí)要與上位機(jī)的梯形圖編程軟件的編輯功能實(shí)現(xiàn)形式上相一致。

指令譯碼功能是PMC必須具備的功能。梯形圖轉(zhuǎn)化成指令語(yǔ)言與前面上位機(jī)轉(zhuǎn)化的過(guò)程一致。點(diǎn)擊指令按鈕，系統(tǒng)調(diào)用內(nèi)部語(yǔ)句生成指令語(yǔ)言的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體。并在這個(gè)過(guò)程中對(duì)梯形圖檢錯(cuò)，若有錯(cuò)誤的話，轉(zhuǎn)化過(guò)程終止，提示錯(cuò)誤的行和錯(cuò)誤類型，便于用戶修改程序。

5.結(jié)論

數(shù)控機(jī)床的PLC功能是中高檔數(shù)控機(jī)床發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。本文對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的PLC功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行的深入的研究與探討。在PC機(jī)端開(kāi)發(fā)PLC應(yīng)用軟件，提出了界面的開(kāi)發(fā)流程和梯形圖和指令語(yǔ)言之間相互轉(zhuǎn)化的方法。

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