1 引言

　　在組合機(jī)床、專用機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線、印染機(jī)械、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、輕工機(jī)械等機(jī)械設(shè)備中，有一些設(shè)備它們不僅需要邏輯控制而且需要精確的位移控制。為此，人們采用一臺(tái)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)來控制位移量，再加上一臺(tái)可編程邏輯控制器來進(jìn)行邏輯控制的1+1的方案。這顯然是不經(jīng)濟(jì)和不方便的。目前，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中最流行的的CPU是MCS-51系列單片機(jī)。該單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)布爾處理器，具有強(qiáng)大的邏輯處理功能。我們可以充分利用它的這個(gè)能力，通過軟件使經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)同時(shí)具有數(shù)控和可編程邏輯控制器的功能，以實(shí)現(xiàn)知識(shí)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，滿足用戶的需求。用一個(gè)CPU既完成數(shù)控又完成邏輯控制，不僅經(jīng)濟(jì)、方便，而且比1+方案的可靠性也增加了。

2 工作原理

　　本系統(tǒng)是在原經(jīng)濟(jì)型機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展了一個(gè)可編程邏輯控制模塊，融PLC（可編程控制器）和MNC（微機(jī)數(shù)控）為一體，既可以實(shí)現(xiàn)條件控制（邏輯控制）、順序控制、定時(shí)／計(jì)數(shù)控制，又可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位的精確控制和兩個(gè)座標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡控制。

　　2.1 系統(tǒng)硬件組成

　　由于PLC邏輯控制部分是用軟件實(shí)現(xiàn)的，故其支持硬件非常簡(jiǎn)單，只要能完成開關(guān)量的輸入輸出就可以了。系統(tǒng)以8032單片機(jī)作為控制核心，包括PLC控制及座標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制兩大部分。

　　圖1中的數(shù)控部分具有兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的全部功能，包括直線、斜線和圓弧插補(bǔ)，各種螺紋加工，自動(dòng)對(duì)刀功能等，并采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（IS）指令編程。PLC部分具有開關(guān)量輸入輸出各32點(diǎn)，內(nèi)部輔助繼電器168點(diǎn)（其中128點(diǎn)可用作特殊繼電器），定時(shí)器／計(jì)數(shù)器16點(diǎn)。PLC 指令20 條，采用梯形圖編程。另外， PLC輸入輸出各點(diǎn)狀態(tài)均有指示燈顯示，便于用戶不帶負(fù)載調(diào)試程序。用戶程序容量為32KB。

　　2.2 PLC程序執(zhí)行過程

　　PLC 程序執(zhí)行過程分為輸入采樣（或處理）、程序執(zhí)行和輸出刷新（或處理）三個(gè)階段。在輸入采樣階段，系統(tǒng)以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说妮斎霠顟B(tài)（開或關(guān)，即“1”或“0”）讀入到輸入映像寄存器中寄存起來，原寄存器中的內(nèi)容被刷新。在程序執(zhí)行階段，系統(tǒng)對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描。每掃描到一條指令時(shí)，所需要的輸入狀態(tài)或其它元素的狀態(tài)分別從輸入映像寄存器和元素映像寄存器中讀出。執(zhí)行結(jié)果則寫入到元素映像寄存器中。對(duì)于每個(gè)元素來說，元素映像寄存器中的內(nèi)容，會(huì)隨程序執(zhí)行的進(jìn)程而變化。程序執(zhí)行完后是輸出刷新階段，它是系統(tǒng)的實(shí)際輸出階段。此時(shí)，系統(tǒng)將元素映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)送到輸出鎖存電路，再去驅(qū)動(dòng)用戶輸出設(shè)備（負(fù)載）。

　　2.3 PLC模塊對(duì)輸入／輸出的處理規(guī)則

　?。?）輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)，取決于輸入端在上一個(gè)工作周期的輸入采樣階段所刷新的狀態(tài)。

　　（2）輸出映像寄存器（包括內(nèi)部元素映像寄存器）中的狀態(tài)，由程序中輸出指令的執(zhí)行結(jié)果決定。

　?。?）輸出鎖存電路中的數(shù)據(jù)，由上一個(gè)工作周期的輸出刷新階段送入到輸出鎖存電路中的數(shù)據(jù)來確定。

　?。?）輸出端子上的輸出狀態(tài)，由輸出鎖存電路中的數(shù)據(jù)來確定。

　?。?）程序執(zhí)行過程中所需的輸入／輸出狀態(tài)（數(shù)據(jù)），由輸入、輸出映像寄存器中讀出。

　　2.4 與PLC有關(guān)的數(shù)控指令

　　2.4.1 PLC開始指令M23

　　PLC程序塊是與數(shù)控指令混合在一起編寫的。為了區(qū)別PLC 程序塊與數(shù)控指令，本系統(tǒng)規(guī)定每一個(gè)具有一組邏輯運(yùn)算功能的獨(dú)立的PLC程序塊，必須以M23 指令開始，以END指令結(jié)束。

　　2.4.2 發(fā)信指令M21

　　該指令用于向某指定編號(hào)的I／O 口發(fā)出電平信號(hào)

　　格式：M21L

　　L值為I／O口的編號(hào)，取值范圍在1~255 內(nèi)。例如：M21 L001 表示系統(tǒng)向001號(hào)的I／O口發(fā)出電平信號(hào)，該信號(hào)延續(xù)0.5s 。

　　如果用戶有一個(gè)獨(dú)立的可編程邏輯控制器，也可通過M21 指令實(shí)現(xiàn)數(shù)控主機(jī)與PLC 主機(jī)的輸出聯(lián)接。

　　2.4.3 收信指令M22

　　該指令用于取某指令編號(hào)的I／O 口的信號(hào)格式：M22 L

　　L值為I／O 口的編號(hào)，取值范圍在1~255 內(nèi)。

　例如：M22 L035表示系統(tǒng)取35號(hào)I／O口信號(hào)。如果用戶有一個(gè)獨(dú)立的可編程邏輯控制器，通過M22指令可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控主機(jī)與PLC主機(jī)的輸入聯(lián)接。

3 PLC軟件

　　為了在數(shù)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的可編程邏輯控制，PLC功能軟件由如下幾個(gè)部分構(gòu)成。

　　3.1 PLC指令模塊

　　本系統(tǒng)共有20條PLC指令，每一條指令是一個(gè)獨(dú)立模塊，供系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)調(diào)用。其中有邏輯運(yùn)算指令8條、輸出指令2條、置位復(fù)位指令2 條、微分指令2 條、計(jì)數(shù)器指令1條、定時(shí)器指令1條、移位指令1條、程序跳轉(zhuǎn)指令2 條和程序結(jié)束指令1條。

　　3.2 PLC編輯程序

　　PLC 編輯程序是數(shù)控系統(tǒng)編輯程序的一部分。由于數(shù)控指令與PLC 指令格式不同，因此在編輯中要對(duì)用戶輸入的指令加以區(qū)分，以便分別處理。用戶編程時(shí)可按梯形圖采用繼電器邏輯語言編程。

　　3.3 PLC顯示程序

　　由于數(shù)控指令與PLC 指令格式不同，因此在顯示時(shí)也要對(duì)這兩種指令加以區(qū)分，以便分別處理。

　　3.4 PLC開始程序

　　M23 指令是系統(tǒng)的PLC開始程序。該程序首先對(duì)PLC邏輯程序塊進(jìn)行語法檢查，從M23指令的下一條指令開始檢查到END指令結(jié)束。如有錯(cuò)，則程序停止執(zhí)行并給出出錯(cuò)顯示。如無錯(cuò)，則調(diào)PLC主程序。

　　3.5 PLC主程序

　　PLC 主程序塊是數(shù)控程序中的一部分，它執(zhí)行完畢后面可能還有指令要執(zhí)行。為此，本系統(tǒng)的END指令必須后跟一個(gè)繼電器編號(hào)。繼電器可以是內(nèi)部繼電器，也可以是外部繼電器。該繼電器的狀態(tài)應(yīng)當(dāng)是整個(gè)PLC邏輯塊（從M23指令開始，到END指令結(jié)束）的結(jié)果狀態(tài)。當(dāng)該狀態(tài)為“1”時(shí)，表示PLC程序塊執(zhí)行完畢。系統(tǒng)將根據(jù)END指令后的繼電器狀態(tài)來決定是繼續(xù)循環(huán)，還是結(jié)束PLC程序返回。

4 結(jié)論

　　用軟件實(shí)現(xiàn)可編程邏輯控制，并通過實(shí)施一些新的軟件處理方法把該軟件融入單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中，經(jīng)濟(jì)有效地解決了數(shù)控系統(tǒng)中輸入輸出開關(guān)量的控制。由于采用單機(jī)控制，使得控制系統(tǒng)成本大大降低。由于聯(lián)接環(huán)節(jié)減少，使得控制系統(tǒng)的可靠性得到提高。該方法已用于國(guó)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)踐證明能滿足用戶的需求。