APOW-01C
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在機床數(shù)控系統(tǒng)中,電氣設備的控制占有重要的地位。目前,一般采用可編程控制器(PLC)進行機床電氣控制。PLC可靠性高,使用方便,對于復雜的,控制點數(shù)較多的應用場合,可以在PLC基本單元外加上一定數(shù)目的擴展單元,實現(xiàn)復雜的電氣控制功能。在數(shù)控機床上。如果采用PLC進行電氣控制,必需在PLC與NC 間建立電氣,否則,NC程序中的MST指令反映不到PLC中,PLC也就不可能做出相應的動作。目前市場上出售的PLC一般都具有通訊功能,可以利用這種功能在PLC與NC之間建立。由于PLC的通訊方式為串行通訊,通訊速度比較低,對于數(shù)控機床的某些實時性要求很強的信號如急停,超程等。就難以勝任一必需采取其它措施滿足這些特殊需要,但這又增加了系統(tǒng)的復雜程度。為了提高速度,降低戚本。在數(shù)控系統(tǒng)中t可以采用開關量I/O板加外接繼電器,配臺主機的軟件對電氣開關進行控制。但此方案周NC主機要直接參與電氣控制邏輯的運算過程。占用了主機的部分工作時間,增加了軟件的復雜程度。更重要的是。把過多的功能集中到主機使主機-發(fā)生故障的風險加大 出于對實時性和可靠性的考慮。作者在研制五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的過程中。設計了一種嵌入式PLC.在保證實時性的同時。使故障風險相對分散。
1 嵌入式PLC的硬件結構
我們研制的五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)是一種基于工業(yè)PC 的多CPU 分布式開放化數(shù)控系統(tǒng)。做為其中的一部分,嵌入式PLC的設計也必需遵循開放化的原則。其硬件是模塊化的。按照標準的工控機插卡進行設計。目前,工控機的底板總線有兩類:ISA總線和PCI總線。ISA總線的數(shù)據(jù)轉輸速率比PCI總線要低得多。但已完*夠滿足一般工業(yè)控制的需要,而且ISA 總線對工控機擴展卡的要求比PCI要寬松。 從已有的工業(yè)應用經(jīng)驗看。可靠性也比較高。因此我們仍選擇ISA總線做為嵌入式PLC設計的基礎。
嵌入式PLC的CPU 采用In16 位單片機80C196。其*的寄存器一累加器結構以及三操作數(shù)指令可以大大減少程序中數(shù)據(jù)傳送類指令的數(shù)目,提高程序運行的效率 圖1中雙口存儲器用于PLC與數(shù)控系統(tǒng)主機之間交換信息,數(shù)控系統(tǒng)運行過程中.PLC在不斯地進行電氣控制邏輯運算的同時。也周期性地刷新雙口RAM 中的內容,把電氣開關狀態(tài).PLC運行狀態(tài)等反映到雙口RAM中。有一部分面板按鍵如循環(huán)啟動,進給保持。手動等用于NC操作,不能按一般的I/O點處理。嵌入式PLC識別按鍵操作并在雙口RAM 中維護一個循環(huán)隊刊記錄這些按鍵操作。另一方面,NC 軟件根據(jù)加工程序中的M、S和T指夸修改雙口RAM 中特定的數(shù)據(jù),PLC周期性地讀取這些數(shù)據(jù),并據(jù)此控制電氣設備的通斷。對于實時性要求很高的信號,PLC可在更新雙口RAM 內容后,通過ISA總線向NC發(fā)出中斷。
這里運用雙口RAM 完成NC與嵌入式PLC之間的信息交換,與采用并行口的方案相比。該方法簡潔明了,無需復雜的通訊協(xié)議,NC可以隨時了解外部設備開關狀態(tài)而不需額外消耗時間。效率高于其它實現(xiàn)方式。
圖1中包括一片的靜態(tài)RAM 芯片6264,用后備電池供電-主要用于存儲PLC梯形圖程序。在NC中對電氣控制邏輯進行編程,編譯后經(jīng)雙口RAM 存入6264中。PLC運行這部分程序。完成電氣控制。
2 軟件設計
嵌入式PLC軟件設計有兩部分內容,一個是工控PC機中相關程序設計,另一個是嵌入式PLC 自身所帶監(jiān)控程序設計。
梯形圖編程模塊為用戶提供方便的PLC電氣控制邏輯編程手段,其生成結果為梯形圖文件。梯形圖文件僅存儲I/0點之間的邏輯關系,其格式與嵌入式PLC所用CPU類型無關,以提高編程模塊的適應性及可重用性。梯形圖編譯模塊則用于把該文件轉化為一系列的80C196機器指令,并加上一些必要的附加指令,產(chǎn)生BIN文件,即機器碼文件。此部分應當考慮到PLC中I/O點的資源分布情況,使zui后生成的BIN 文件的指令與實際I/O 資源協(xié)調*。通訊模塊用于把BIN文件傳輸?shù)诫p口 RAM 中,再由PLC監(jiān)控程序把它轉儲到6264中。此部分提供用戶開發(fā)接口,以便用戶自行控制BIN文件的傳輸,為用戶提供對PLC進行現(xiàn)場編程的功能。監(jiān)控模塊提供用戶I/O 點監(jiān)視與設置、PLC運行狀態(tài)/編程狀態(tài)設置等功能,方便用戶現(xiàn)場調試。另外,為了使用戶能夠在自主開發(fā)的應用程序中對嵌入式PLC進行有效的監(jiān)控,此部分也提供開放的用戶接口。
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