摘要：結(jié)合開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究開發(fā)，提出了將外置PLC與數(shù)控系統(tǒng)上位機及多軸運動控制板卡配合使用，以提高其安全性和可靠性的方法。并介紹了它們之間的結(jié)構(gòu)和關(guān)系研究并采用串行中斷工作方式實現(xiàn)了主機與PLC之間的實時通信介紹了IPC與PLC之問的串行通信锝議和通信方法，并通過所開發(fā)的非標數(shù)控機床對JPc與PLC之問通信程序的開發(fā)進行了詳細闡述實際應(yīng)用表明.所開發(fā)的IPC、PLC、PMAC三方之間通信程序完全滿足數(shù)控機床的工作要求.
關(guān)鍵詞：數(shù)控機床;數(shù)控系統(tǒng);PLc通信技術(shù);串行通信;中斷
數(shù)控機床上應(yīng)用PLC一般有兩類：一類是內(nèi)置型PLC.NC和PLc之問的信息傳遞是在內(nèi)部總線的基礎(chǔ)上進行，因而有較高的交換速度和較寬的信息通道.另一類是外置型PLC它獨立于NC裝置，具有獨立完成控制功能的PLC，一般采用專業(yè)化的PLC廠家的產(chǎn)品，它在輸入/輸出信號接口技術(shù)規(guī)范、輸入/輸出點數(shù)、程序存儲容量以及運算和控制功能等方面均能滿足數(shù)控機床的要求.在本數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的多軸運動控制器提供了內(nèi)置的PLC，但考慮到它們共用一個CPU，大量的PLC程序運行時占用的伺服循環(huán)掃描時間過多，會影響運行過程中的數(shù)據(jù)運算和位置控制.
同時，機床運行過程中如果CPU出現(xiàn)運算忙或意外的死機會產(chǎn)生極為嚴重的后果。所以，在本系統(tǒng)中使用了外置型的PLc.獨立的PLC可以方便地實現(xiàn)I/O擴展和同上位機連接;且獨立的PLC具有獨立的CPU及控制電路、程序存儲器、I/O接口、通信接口、電源等設(shè)備，能夠獨立于IPC和多軸運動控制器之外工作，既不占用PC和多軸運動控制器的運行時間及資源，也不受二者運行忙和故障的影響，可以更加安全、可靠地保證機床運行.
1基于主從式數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
1.1數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
在本數(shù)控系統(tǒng)中，作為主機的工控機lPC完成數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析處理及顯示輸出等功能，實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時監(jiān)控，同時完成對現(xiàn)場的實時控制.多軸運動控制器完成電機位置和速度的實時控制、刀具補償、插補運算、曲線軌跡計算及螺距補償?shù)裙ぷ?下位機的PLC現(xiàn)機床數(shù)據(jù)采集、工作狀態(tài)判斷及指令輸出控制等功能，完成控制機床加工和監(jiān)視機床運行狀態(tài)的任務(wù).PLC是數(shù)控系統(tǒng)與外部協(xié)調(diào)工作的一個重要接口，它通過接收IPc傳來的指令或向外傳遞信息，或由DMP的輸人單元接收機床操作指令，監(jiān)控機床的狀態(tài)，并根據(jù)這些輸入信息運行時先編制好的機床工作邏輯程序，將結(jié)果通過輸出口直接驅(qū)動電器控制系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)動作，同時將信息送MMI/CRT進行實時顯示.
1.2 PIC與IPC硬件連接
PLC本文選用松下的FPl系列產(chǎn)品的C72和擴展單元E24.采用點對點的通信方式，連接方式如圖2所示.PLc與計算機的通信為R顯32串行方式，利用PLC和計算機各自的RS232串行通信口.通信線路采用9芯屏蔽電纜
2 PLC與主機的通信
2.1 PLC的串行通信方式設(shè)置
PLC的通信端口有一個串行口和一個編程口.編程口也是遵循RS232C協(xié)議的串行口.通過串行口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳和下載，也用于實現(xiàn)人機界面通信.IPc與PLc建立通信時，為保證通信正常，通信口必須作初始化處理，即IPC、PLC及人機界面必須采用相同的傳輸格式和波特率.
在PLC上用戶不用編寫通信程序，但在進行通信之前，必須用編程終端與編程軟件對PLc的部分系統(tǒng)寄存器進行初始化設(shè)置.系統(tǒng)寄存器412，413，414，417和418用于設(shè)置串行通信規(guī)格.No.412：選擇“∞mputer 1ink”方式;No.413：選擇1個停止位，奇校驗，傳輸位數(shù)為8位;No.414：傳輸速率設(shè)為9 600 bps.選計算機的串行口coMl作為與PLc的通信端口.
2.2 PLC的通信協(xié)議
當上位計算機或其它帶串口設(shè)備需要同松下電工FP系列可編程控制器通信時，松下電工提供了一套完整的專用通信協(xié)議給用戶以便完成通信的工作，此協(xié)議稱為“MEwT()CDL.cOM”.通信開始先由上位計算機發(fā)出呼叫，它包括一些特殊標志碼、PLc站號和呼叫字符等，其格式如下：
1)發(fā)送命令楨格式
由上位機首先發(fā)出，它包括起始碼“%”、目的站號、特征碼“#”、命令碼、塊校驗碼“Bcc”等組成.
現(xiàn)讀取繼電器ⅪI000的狀態(tài)，則其發(fā)送楨格式為：
“%01#RCSXoo001DCR”，RcS為讀單個接點，x0000為發(fā)送的文本，lD為校驗碼.
2)響應(yīng)楨格式
PLC接收到計算機的呼叫后，首先判斷是不是一個完整的信息，然后檢查呼叫站號是不是自己的站號，若是呼叫自己，則發(fā)送相應(yīng)信息，否則不予理睬.
設(shè)當前輸人狀態(tài)為“l(fā)”，則其響應(yīng)楨格式為：
“%Ol$RCl20cR”，1為X()000的接點狀態(tài)，20為校驗碼，
2.3塊檢查碼程序BCC
塊校驗碼是為提高上位機與同PLC通信的可靠性設(shè)置的，按照通信協(xié)議，上位機也必須進行相應(yīng)的和校驗.將每一個命令幀中的第一個字符到該幀中正文的最后一個字符作“異或”運算，井將異或的結(jié)果轉(zhuǎn)換為兩個ASCII碼，以此為該命令幀的Bcc.接收端計算出收到的幀的BCC,果與發(fā)送端傳送的BOC不同，可以判斷通信有誤，并輸出校驗錯誤信息.BCC算見BCC函數(shù).
3上位機通信程序的開發(fā)
3.1通信方式的選擇
FPl是非主動性通信模塊，所有通信都需要主計算機發(fā)命令控制IPC與PLC之間的通信采用主從應(yīng)答式，IPC始終處于主動地位，根據(jù)需要向PLc發(fā)出讀/寫命令;PLc處于被動狀態(tài)只能響應(yīng)IPc的命令，無需編程，通信模塊自動進行應(yīng)答，它沒有請求發(fā)送權(quán).由于監(jiān)控信息出現(xiàn)的隨機性，IPC并不知道何時去讀取.因此，通信方式的選擇對系統(tǒng)的實時性有一定的影響.
主機接收PLC串行數(shù)據(jù)可采用查詢和中斷工作方式實現(xiàn)舊J.查詢工作方式是指在程序中主機定期讀取PLC的有關(guān)信息，當監(jiān)控點的狀態(tài)發(fā)生變化時，采取相應(yīng)的處理程序.這種方法雖然簡單、易于實現(xiàn)，但由于主機始終掃描串行口，它的工作效率較低，而且對雙方通信的實時性產(chǎn)生很大的影響.采用串行中斷工作方式接收數(shù)據(jù)，主機對串行口進行必要的初始化設(shè)置后不必再始終監(jiān)控串行口的狀態(tài).在PLC中建立一個通信請求標志位，只有當籃控點的狀態(tài)發(fā)生變化。才被置“l(fā)”，表明串行口有數(shù)據(jù)到達，主機在串行中斷服務(wù)子程序中讀取標志位，執(zhí)行相關(guān)的數(shù)據(jù)接收和處理任務(wù)，主機的處理速度很快，工作效率大大提高.
3.2 lPc與pLC間的串行通信程序的開發(fā)在本系統(tǒng)中使用串行通信編程的MS(‰通信控件【”J.MScC¨m控件是微軟公司開發(fā)的在windo、ⅣS下串行通信編程的ActiveX控件，它為應(yīng)用程序提供了串口進行數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出的能力.在vB6.0環(huán)境下，通過對MSC[】ITIm控件串行中斷屬性的相關(guān)設(shè)置，主機提供了完善的串行端口中斷功能，使常見的串行通信中斷能力得以大大提升.
MSCc“m控件提供兩種處理通信的方式：查詢方式和事件驅(qū)動方式.比較簡單的通信任務(wù)可通過查詢串口獲得相關(guān)的信息并進行相應(yīng)的處理比較復雜的通信任務(wù)應(yīng)該使用事件驅(qū)動方式，事件驅(qū)動通信是處理串行端口數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的一種很有效的方法.Rthreshold和sthreshold屬性決定數(shù)據(jù)發(fā)送、接收的方式.當Rthreshold=0時，接收數(shù)據(jù)不產(chǎn)生OnComm事件，通信程序必須定時主動查詢接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū).在RThfeshold=l時，則接收到1個字符就產(chǎn)生()11comm事件，通信程序可以立即響應(yīng)，從緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)并執(zhí)行響應(yīng)的處理程序.由于通信程序在發(fā)送數(shù)據(jù)時不用進行相應(yīng)的處理，只需等待，sthreshold屬性可以設(shè)置為O.在上位機通信程序中，采用中斷接收、周期查詢發(fā)送的方法，可以及時響應(yīng)通信事件，保證通信的正常進行。
4結(jié)論
在機床數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)過程中，由于PLC的穩(wěn)定可靠而被作為機床邏輯動作的核心控制部件使用.但它自身的信息管理能力較弱，特別是不能給用戶提供一個友好的交互界面，妨礙了運行過程的實時跟蹤與故障診斷.利用上位機與PLc相結(jié)合的辦法可以有效地解決上述問題，即PLC完成對系統(tǒng)底層的控制，而IPc則完成系統(tǒng)的監(jiān)控與信息管理基于VB6.O具有良好的面向?qū)ο笤O(shè)計方法、友好的用戶界面、簡易方便的串行口操作特點，實現(xiàn)PLC與IPC通信的方法，并用于實際的工程項目.
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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