1 引言

　　在組合機床、專用機床、自動生產(chǎn)線、印染機械、紡織機械、包裝機械、輕工機械等機械設(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，人們采用一臺經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)來控制位移量，再加上一臺可編程邏輯控制器來進行邏輯控制的1+1的方案。這顯然是不經(jīng)濟和不方便的。目前，經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)中最流行的的CPU是MCS-51系列單片機。該單片機內(nèi)部有一個布爾處理器，具有強大的邏輯處理功能。我們可以充分利用它的這個能力，通過軟件使經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)同時具有數(shù)控和可編程邏輯控制器的功能，以實現(xiàn)知識經(jīng)濟的增長，滿足用戶的需求。用一個CPU既完成數(shù)控又完成邏輯控制，不僅經(jīng)濟、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)濟型機床數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，擴展了一個可編程邏輯控制模塊，融PLC（可編程控制器）和MNC（微機數(shù)控）為一體，既可以實現(xiàn)條件控制（邏輯控制）、順序控制、定時／計數(shù)控制，又可以實現(xiàn)點位的精確控制和兩個座標的運動軌跡控制。

　　2.1 系統(tǒng)硬件組成

　　由于PLC邏輯控制部分是用軟件實現(xiàn)的，故其支持硬件非常簡單，只要能完成開關(guān)量的輸入輸出就可以了。系統(tǒng)以8032單片機作為控制核心，包括PLC控制及座標運動控制兩大部分。

　　圖1中的數(shù)控部分具有兩坐標聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的全部功能，包括直線、斜線和圓弧插補，各種螺紋加工，自動對刀功能等，并采用國際標準（IS）指令編程。PLC部分具有開關(guān)量輸入輸出各32點，內(nèi)部輔助繼電器168點（其中128點可用作特殊繼電器），定時器／計數(shù)器16點。PLC 指令20 條，采用梯形圖編程。另外， PLC輸入輸出各點狀態(tài)均有指示燈顯示，便于用戶不帶負載調(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)對程序按順序進行掃描。每掃描到一條指令時，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。對于每個元素來說，元素映像寄存器中的內(nèi)容，會隨程序執(zhí)行的進程而變化。程序執(zhí)行完后是輸出刷新階段，它是系統(tǒng)的實際輸出階段。此時，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)動用戶輸出設(shè)備（負載）。

　　2.3 PLC模塊對輸入／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。

　　（5）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)定每一個具有一組邏輯運算功能的獨立的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的I／O 口發(fā)出電平信號

　　格式：M21L

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

　　如果用戶有一個獨立的可編程邏輯控制器，也可通過M21 指令實現(xiàn)數(shù)控主機與PLC 主機的輸出聯(lián)接。

　　2.4.3 收信指令M22

　　該指令用于取某指令編號的I／O 口的信號格式：M22 L

　　L值為I／O 口的編號，取值范圍在1~255 內(nèi)。

　例如：M22 L035表示系統(tǒng)取35號I／O口信號。如果用戶有一個獨立的可編程邏輯控制器，通過M22指令可以實現(xiàn)數(shù)控主機與PLC主機的輸入聯(lián)接。

3 PLC軟件

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

　　3.1 PLC指令模塊

　　本系統(tǒng)共有20條PLC指令，每一條指令是一個獨立模塊，供系統(tǒng)執(zhí)行時調(diào)用。其中有邏輯運算指令8條、輸出指令2條、置位復(fù)位指令2 條、微分指令2 條、計數(shù)器指令1條、定時器指令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，因此在編輯中要對用戶輸入的指令加以區(qū)分，以便分別處理。用戶編程時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，因此在顯示時也要對這兩種指令加以區(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PLC邏輯程序塊進行語法檢查，從M23指令的下一條指令開始檢查到END指令結(jié)束。如有錯，則程序停止執(zhí)行并給出出錯顯示。如無錯，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指令必須后跟一個繼電器編號。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)當是整個PLC邏輯塊（從M23指令開始，到END指令結(jié)束）的結(jié)果狀態(tài)。當該狀態(tài)為“1”時，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

　　用軟件實現(xiàn)可編程邏輯控制，并通過實施一些新的軟件處理方法把該軟件融入單片機數(shù)控系統(tǒng)中，經(jīng)濟有效地解決了數(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。該方法已用于國產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)，實踐證明能滿足用戶的需求。