浅谈华中系统数控车床PLC软件系统设计

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  一、华中数控系统及其开放性简介
  (1)以通用工控机为核心的开放式体系结构
  系统采用基于通用32位工业控制机和DOS平台的开放式体系结构,可充分利用PC的软硬件资源,二次开发容易,易于系统维护和更新换代、可靠性好。
  (2)独创的曲面直接插补算法和先进的数控软件技术
  处于国际领先水平的曲面直接插补技术可实现高速、高效和高精度的复杂曲面加工。
  (3)统配套能力强
  公司具备了全套数控系统配套能力。系统可选配公司生产的HSV-11D交流永磁同步伺服驱动与伺服电机、HC5801/5802系列步进电机驱动单元与电机、HG.BQ3-5B三相正弦波混合式驱动器与步进电机和国内外各类模拟式、数字式伺服驱动单元。
  二、PLC在数控系统上的作用
  (1)控制系统研制中需要认识与解决的若干问题
  ①防止步进电机运行时出现失步和误差
  为了保证定位精度,脉冲当量不能太大,但却影响了定位速度。因此如何既能提高定位速度,同时又能保证定位精度是一项需要认真考虑并切实加以解决的问题。
  ②可变控制参数的在线修改
  PLC应用于点位控制时,用户显然希望当现场条件发生变化时,系统的某些控制参数能作相应的修改,为满足生产的连续性,要求对控制系统可变参数的修改应在线进行。
  (2)控制系统方案
  ①将定位过程划分为脉冲当量不同的两个阶段
  粗定位阶段:由于在点位过程中,刀具不切削工件,因此可采用较大的脉冲当量,由步进电机直接驱动刀具或工作台传动。精定位阶段:当使用较大的脉冲当量使刀具或工作台快速移动至接近定位点时,(即完成粗定位阶段),为了保证定位精度,再换用较小的脉冲当量进入精定位阶段,让刀具或工作台慢慢趋近于定位点,采用降速传动。
  ②应用功能指令实现BCD码拨盘数据输入
  BCD码数据拨盘是计算机控制系统中常用到的十进制拨盘数据输入装置。将BCD码拨盘装置应用于PLC控制的系统,这样无需再设计数码输入显示电路,有效地节省了PLC的输入点,简化了硬件电路。
  ③PLC外部元件故障的自动检测
  由于PLC具有极高的可靠性,故障不是来自PLC本身,而是由于外部元件故障引起的,系统一旦自动检测到元件故障,应不仅具有声光报警功能,而且能立即显示故障代码,以便用户据此迅速判断出故障原因。
  (3)控制系统的软硬件结构
  软件结构
  软件结构根据控制要求而的设计,主要划分为五大模块:即步进电机控制模块、定位控制模块、数据拨盘输入及数据传输模块、数码输出显示模块、元件故障的自动检测与报警模块。
  三、華中数控内置式PLC基本原理
  华中数控PLC采用C语言编程,具有灵活、高效、使用方便等特点。
  (1)面设华中数控内置式PLC结构及相关寄存器的访问
  X寄存器为机床输出到PLC的开关信号,最大可有128组(或称字节,下同);
  Y寄存器为PLC;
  R寄存器为PLC的内部中间寄存器,共有768;
  G为PLC输出到计算机数控系统的开关信号,最大可有256组;
  F寄存器为计算机数控系统输出到PLC的开关信号,最大可有256组;
  P寄存器味儿PLC外部参数,可有机床拥护设置(运行参数子菜单中的PMC用户参数命令可设置),共100组;
  B寄存器为断电保护信息,共有100组。
  X、Y寄存器会随时随着不同的数控机床有所不同,主要和实际的机床输入/输出开关信号(如限位开关、控制面板开关等)有关。但X、Y寄存器一旦定义好,软件就不能更改其寄存器各位的定义;如工要更改,必须更改相应的营建接口或接线端子。
  R寄存器是PLC内部的中间寄存器,可由PLC软件任意使用。
  G、F寄存器有数控系统与PLC事先约定好的,PLC因和软件都不能更改其基础暖气的各位的定义。
  P寄存器可由PLC程序与机床用户任意自行定义。
  对于各寄存器,系统提供了相关变量供用户灵活使用。
  (2)华中数控内置式PLC软件结构及运行原理;
  和一般C语言程序都必须提供main()函数一样,用户编写内置式PLC的C语言程序必须提供如下系统函数定义及系统变量值:
  externvoidinit(void);//初始化PLC
  externvoidplc1(void);//PLC程序入口1
  externunsignedplc2_time;//函数plc2()的运行周期,单位:毫秒
  externunsignedplc2_time;//函数plc2()运行周期,单位:毫秒
  externvoidplc2(void);//PLC程序入口2
  系统初始化PLC时,将调用PLC提供的init()函数(该函数只被调用一次)。在系统初始化完成后,数控系统将周期性地运行如下过程:
  ①从硬件端口及数控系统成批读入所有X、F、P寄存器的内容;
  ②如果plc1_time所指定的周期时间已到,调用函数plc1();
  ③如果plc2_time所指定的周期时间已到,调用函数plc2();
  ④系统成批输出G、Y、B寄存器。
  一般地,plc1_time总是小于plc2_time,即函数plc1()较plc2()调用的频率要高。因此,华中数控称函数plc1()为PLC高速扫描进程、plc2()为低速扫描进程。
  因此,用户提供的plc1()函数及plc2()函数必须根据X及F寄存器的内容计算出G及Y寄存器的值。
  参 考 文 献
  [1]方沂.数控机床编程与操作.北京:国防工业出版社.2002.
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  [3]王贵成.数控机床故障诊断技术.北京:化学工业出版社,2005.
  [4]李道霖.电气控制与PLC原理与应用.北京:电子工业出版社,2004.
  [5]徐元昌.技术控制.北京:中国轻工业出版社,2004.
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  [7]龙行先.随机快速换刀控制.机电一体化.2003.
  [8]尚靖,周会成,陈吉红.基于开放式数控系统平台的软件PLC.机械与电子.2006.■
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