摘要：介紹了一種在數(shù)控系統(tǒng)中用C 語言設(shè)計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)計原理從軟件角度簡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、容錯和格式化處理的設(shè)計原理和具體實現(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)是大連機床廠高新技術(shù)開發(fā)中心與日本AVAIL 技研株式會社合作開發(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)實時操作系統(tǒng)，改進的哈佛結(jié)構(gòu)，9″彩色液晶顯示器，雙CPU、雙主板設(shè)計，其中一個CPU 所在的主板是加工中心的控制子系統(tǒng)，另一個CPU 及其主板是它的輸入、輸出子系統(tǒng)，它是機床的人機用戶界面。本文詳細論述了數(shù)控ANC-45M 加工中心PLC 編輯器的設(shè)計與實現(xiàn)。
2 ANC—45M 加工中心的組成結(jié)構(gòu)
兩個CPU 及其主板之間用一根通信電纜線將兩個主板上的RS-232 異步串行通信接口連接起來，用報文形式進行數(shù)據(jù)交換。其中交換的數(shù)據(jù)包括：MMC 側(cè)(人機接口控制器)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)的實時坐標數(shù)據(jù)、機床狀態(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)計算法，其三個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
主程序為每一個子功能模塊預(yù)留了對應(yīng)的兩個子函數(shù)，PLC 編輯器有其相應(yīng)的無鍵處理子函數(shù)和向鍵處理子函數(shù)。在向鍵處理子函數(shù)中進行輸入鍵值的判斷處理，而無鍵處理子函數(shù)則進行實時狀態(tài)參數(shù)的屏幕刷新處理。對于每個子功能模塊，都有一個共同的特點，那就是其無鍵處理子程序相對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、沒有鍵值輸入時就調(diào)用無鍵處理子函數(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判斷當(dāng)前狀態(tài)變量是否為初始狀態(tài)，如果是則進入相應(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，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，同時把當(dāng)前運行中的功能子模塊放入后臺等待該中斷執(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 公司自行開發(fā)設(shè)計的，并已經(jīng)成功應(yīng)用于公司生產(chǎn)的繡花機上，該公司生產(chǎn)的繡花機多年行銷中國大陸等地，已經(jīng)得到實踐和用戶的驗證和認可。該操作系統(tǒng)是專門為任務(wù)相對比較單一的控制系統(tǒng)所設(shè)計的，其中有一個非常重要的時間任務(wù)控制模塊，它負責(zé)對各任務(wù)的處理分配運行時間，并對任務(wù)執(zhí)行時間進行監(jiān)控。我們知道，對于一個實時系統(tǒng)來說，系統(tǒng)的正確性不僅取決于計算的邏輯結(jié)果，而且還依賴于產(chǎn)生結(jié)果的時間。為了保證數(shù)控加工的精度，該操作系統(tǒng)采用一種硬實時任務(wù)的管理模式，即系統(tǒng)給一個特定的任務(wù)指定了一個最后的期限，而系統(tǒng)必須在這個最后期限之前處理完所規(guī)定的任務(wù)，否則系統(tǒng)就會強制中斷該任務(wù)的執(zhí)行。這個時間任務(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)功能簡單、任務(wù)可預(yù)測且單一，這就為該系統(tǒng)可靠性更高，穩(wěn)定性更強提供了根本的保證。
