摘要：介紹了一種在數(shù)控系統(tǒng)中用C 語(yǔ)言設(shè)計(jì)PLC 編輯器的方法。首先概括性地介紹該數(shù)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)ANC_45M 加工中心的需求和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理從軟件角度簡(jiǎn)要介紹了主程序的基本算法，并著重闡述本PLC 編輯器的輸入處理以及查錯(cuò)、容錯(cuò)和格式化處理的設(shè)計(jì)原理和具體實(shí)現(xiàn)算法。該編輯器融合了大多數(shù)應(yīng)用軟件所有的復(fù)制、剪切、粘貼以及按關(guān)鍵字搜索等功能。
1 引言
ANC－45M 全功能數(shù)控系統(tǒng)是大連機(jī)床廠高新技術(shù)開(kāi)發(fā)中心與日本AVAIL 技研株式會(huì)社合作開(kāi)發(fā)的立式、半閉環(huán)三軸加工中心數(shù)控系統(tǒng)。她使用了32 位RISC 型CPU，專用的多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，9″彩色液晶顯示器，雙CPU、雙主板設(shè)計(jì)，其中一個(gè)CPU 所在的主板是加工中心的控制子系統(tǒng)，另一個(gè)CPU 及其主板是它的輸入、輸出子系統(tǒng)，它是機(jī)床的人機(jī)用戶界面。本文詳細(xì)論述了數(shù)控ANC-45M 加工中心PLC 編輯器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
2 ANC—45M 加工中心的組成結(jié)構(gòu)
兩個(gè)CPU 及其主板之間用一根通信電纜線將兩個(gè)主板上的RS-232 異步串行通信接口連接起來(lái)，用報(bào)文形式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其中交換的數(shù)據(jù)包括：MMC 側(cè)(人機(jī)接口控制器)和CNC側(cè)加工程序以及PLC 梯形圖程序等的交換，MMC 側(cè)和CNC 側(cè)的實(shí)時(shí)坐標(biāo)數(shù)據(jù)、機(jī)床狀態(tài)參數(shù)的交換等。
3 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3.1 主程序算法結(jié)構(gòu)
PLC 編輯器是MMC 部分的一個(gè)子程序，為了能更好地描述本文的內(nèi)容，我們應(yīng)首先分析一下MMC 部分主程序的設(shè)計(jì)算法，其三個(gè)主要程序模塊算法如下：
(1) main 函數(shù)算法如圖1 所示。
圖 1 Main 函數(shù)算法
(2) 任務(wù)管理模塊如圖 2 所示。
圖 2 任務(wù)管理模塊算法
(3) 狀態(tài)任務(wù)模塊如圖 3 所示。
圖3 狀態(tài)任務(wù)模塊算法
主程序?yàn)槊恳粋€(gè)子功能模塊預(yù)留了對(duì)應(yīng)的兩個(gè)子函數(shù)，PLC 編輯器有其相應(yīng)的無(wú)鍵處理子函數(shù)和向鍵處理子函數(shù)。在向鍵處理子函數(shù)中進(jìn)行輸入鍵值的判斷處理，而無(wú)鍵處理子函數(shù)則進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)參數(shù)的屏幕刷新處理。對(duì)于每個(gè)子功能模塊，都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，那就是其無(wú)鍵處理子程序相對(duì)于向鍵處理子程序較為短小。在當(dāng)前子功能模塊狀態(tài)下、沒(méi)有鍵值輸入時(shí)就調(diào)用無(wú)鍵處理子函數(shù)，并且每一主程序循環(huán)周期都要調(diào)用它；當(dāng)在有鍵值輸入的情況下，就轉(zhuǎn)而調(diào)用向鍵處理子程序。一旦有按鍵輸入，系統(tǒng)是以中斷方式被CPU 所接收的，它首先進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理，然后再調(diào)用任務(wù)管理模塊子程序。任務(wù)管理模塊程序是通過(guò)判斷當(dāng)前狀態(tài)變量是否為初始狀態(tài)，如果是則進(jìn)入相應(yīng)的初始處理，如果不是則判斷是否按鍵狀態(tài)，如是則分別進(jìn)入相應(yīng)的分支程序。
在有按鍵的情況下，程序首先判斷該鍵值的類型，如果是改變功能子函數(shù)模塊的命令時(shí)，則首先調(diào)用相應(yīng)的功能鍵值子函數(shù)模塊，并送去狀態(tài)變量值TASKSTART，同時(shí)把當(dāng)前運(yùn)行中的功能子模塊放入后臺(tái)等待該中斷執(zhí)行完后，接著執(zhí)行完；如果不是改變功能子模塊，而是在當(dāng)前功能子函數(shù)狀態(tài)下的鍵值輸入，系統(tǒng)則調(diào)用該功能鍵值處理子函數(shù)模塊，并且送去TASKRUN 狀態(tài)，這樣也就進(jìn)入了各子程序的鍵值處理子程序。
3.2 操作系統(tǒng)
該數(shù)控系統(tǒng)的操作系統(tǒng)采用的是AVAIL 公司自行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的，并已經(jīng)成功應(yīng)用于公司生產(chǎn)的繡花機(jī)上，該公司生產(chǎn)的繡花機(jī)多年行銷中國(guó)大陸等地，已經(jīng)得到實(shí)踐和用戶的驗(yàn)證和認(rèn)可。該操作系統(tǒng)是專門(mén)為任務(wù)相對(duì)比較單一的控制系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的，其中有一個(gè)非常重要的時(shí)間任務(wù)控制模塊，它負(fù)責(zé)對(duì)各任務(wù)的處理分配運(yùn)行時(shí)間，并對(duì)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行監(jiān)控。我們知道，對(duì)于一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的正確性不僅取決于計(jì)算的邏輯結(jié)果，而且還依賴于產(chǎn)生結(jié)果的時(shí)間。為了保證數(shù)控加工的精度，該操作系統(tǒng)采用一種硬實(shí)時(shí)任務(wù)的管理模式，即系統(tǒng)給一個(gè)特定的任務(wù)指定了一個(gè)最后的期限，而系統(tǒng)必須在這個(gè)最后期限之前處理完所規(guī)定的任務(wù)，否則系統(tǒng)就會(huì)強(qiáng)制中斷該任務(wù)的執(zhí)行。這個(gè)時(shí)間任務(wù)模塊決定了該數(shù)控系統(tǒng)的加工精度，依賴于多種因素的制約，比如CPU 執(zhí)行速度的快慢、通訊口傳輸速率等等。由于該操作系統(tǒng)功能簡(jiǎn)單、任務(wù)可預(yù)測(cè)且單一，這就為該系統(tǒng)可靠性更高，穩(wěn)定性更強(qiáng)提供了根本的保證。
