邏輯代數(shù)法與功能指令編程在數(shù)控機(jī)床PMC控制中的應(yīng)用

龍勇云

（珠海城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 廣東珠海519090）

邏輯代數(shù)法[1-2]是以邏輯代數(shù)為工具的一種設(shè)計(jì)方法，邏輯表達(dá)式具有簡單易讀的特點(diǎn)。有些簡單的邏輯表達(dá)式可以直接化簡，對于有些復(fù)雜的邏輯表達(dá)式可以使用卡諾圖化簡。如果在編程時，要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)計(jì)算，此時用功能指令編程較為方便。因此，邏輯代數(shù)法與功能指令編程視具體情況各有優(yōu)點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床是高端制造業(yè)的重要組成部分，數(shù)控機(jī)床的維修、維護(hù)和升級改造已成為了一個重要內(nèi)容。國內(nèi)學(xué)者[3-5]對FANUC數(shù)控系統(tǒng)的PMC編程研究比較多，并對如何進(jìn)行PMC編程，PMC編程的特點(diǎn)，以及各種功能的編程，如工作模式、快速倍率、主軸倍率、進(jìn)給倍率，刀庫換刀等都有分析研究。但按鍵式和旋鈕式控制各有什么特點(diǎn)，以及如何使用邏輯代數(shù)法、功能指令快速實(shí)現(xiàn)編程也值得分析研究。快速倍率控制是數(shù)控系統(tǒng)的一個重要功能，導(dǎo)入加工程序時，一般將快速倍率旋鈕指向“0%”的位置，再逐步增大倍率，來驗(yàn)證程序的正確性，也根據(jù)實(shí)際加工狀態(tài)可以適時調(diào)整快速倍率，保證加工質(zhì)量。

1 數(shù)控系統(tǒng)PMC信號介紹

所謂 PMC（Programmable Machine Controller），就是利用內(nèi)置在 CNC 的 PC（Programmable Controller）執(zhí)行機(jī)床順序控制的可編程機(jī)床控制器。數(shù)控機(jī)床順序控制處理的信號都為開關(guān)量。數(shù)控機(jī)床分為NC側(cè)（系統(tǒng)側(cè)）和MT側(cè)（機(jī)床側(cè)）兩大部分，NC側(cè)包括CNC系統(tǒng)的硬件和軟件，與CNC系統(tǒng)連接的外圍設(shè)備，如顯示器，MDI面板等。MT側(cè)則包括機(jī)床機(jī)械部分及其冷卻、潤滑、排屑等輔助裝置，機(jī)床操作面板，繼電器電路，機(jī)床強(qiáng)電電路等。數(shù)控系統(tǒng)的信號交換是以PMC為中心，G信號是PMC發(fā)給CNC的信號，主要是使CNC改變或執(zhí)行某種運(yùn)行的控制信號。F信號是CNC發(fā)給PMC的信號，主要反映CNC運(yùn)行狀態(tài)或運(yùn)行結(jié)果的信號。X信號是MT發(fā)給PMC的信號，主要是機(jī)床操作面板，按鈕或其他行程開關(guān)等的輸入信號，如急停按鈕信號。Y信號是PMC發(fā)給MT的信號，主要是機(jī)床執(zhí)行元件的控制信號，以及狀態(tài)和報(bào)警指示等，如照明輸出。

2 快速倍率PMC編程輸入、輸出信號分析

在 KND數(shù)控系統(tǒng)中，數(shù)控系統(tǒng)的快速倍率有F0、25%、50%、100%共4種，KND數(shù)控系統(tǒng)F0的速度由參數(shù)”0712”決定，其余實(shí)際快速速度等于設(shè)定快速速度乘以快速倍率。數(shù)控系統(tǒng)在工作時到底處于何種快速倍率，如何使旋鈕旋至50%，伺服軸速度就減少一半，這內(nèi)在的原因主要是由G信號中“G13”決定。信號G13占用1個字節(jié)存儲單元，1個字節(jié)有8位，每一位是0，或是1。G10后兩位的組合有4種，二進(jìn)制00到11，而快速倍率剛好也是4種。所以，用G10低兩位的狀態(tài)來對應(yīng)不同的快速倍率，如當(dāng)G13的低兩位組合是00時，對應(yīng)快速倍率是100%，當(dāng)G13低兩位組合是11時，對應(yīng)快速倍率是 F0，詳細(xì)的 G13低兩位不同組合對應(yīng)不同快速倍率如表1所示，助記符RV2、RV1分別表示G13.1、G13.0。在數(shù)控機(jī)床操作面板上有個旋鈕開關(guān)，這個旋鈕開關(guān)就是一個輸入信號X，本文中假設(shè)使用的輸入信號是X50，主軸倍率旋鈕開關(guān)也有F0、25%、50%、100%共4個不同位置狀態(tài)，每個狀態(tài)用二進(jìn)制00、01、10、11表示，即用十進(jìn)制的0至3表示，如表2所示。當(dāng)旋鈕開關(guān)旋至F0位置時，X50低兩位狀態(tài)是00，當(dāng)旋鈕開關(guān)旋至50%時，X50低兩位狀態(tài)是10。但是，如何建立起輸入信號X50與倍率控制信號G13之間的對應(yīng)關(guān)系成為了一個重點(diǎn)解決問題。

表1 G13主軸倍率定義

表2 輸入信號X定義

3 快速倍率PMC編程

3.1 邏輯代數(shù)法實(shí)現(xiàn)旋鈕式快速倍率PMC編程

快速倍率控制過程分析，當(dāng)旋鈕開關(guān)旋至相應(yīng)的倍率，數(shù)控機(jī)床的快速速度乘以相應(yīng)的倍率，實(shí)現(xiàn)快速速度的增大或減小。即，當(dāng)旋鈕旋至F0時，X50的低兩位輸入為00，G13低兩位為11；當(dāng)旋鈕旋至25%時，X50的低兩位輸入為01，G13低兩位為 10；當(dāng)旋鈕旋至 50%時，X50的低兩位輸入為10，G13低兩位為 01；當(dāng)旋鈕旋至 100%時，X50的低兩位輸入為11，G13低兩位為00。進(jìn)一步分析，也就是當(dāng)X50的低兩位為0、1、2、3時，G13的低兩位對應(yīng)也為3、2、1、0。

根據(jù)表2、圖1的輸入、輸出關(guān)系有：

經(jīng)過邏輯運(yùn)算、化簡，得到式（1）、式（2），式（1）表示將X50.0的非給G13.0，式（2）表示X50.1的非給G13.1，因此PMC編程如圖1所示。

圖1 旋轉(zhuǎn)式主軸倍率PMC控制程序

3.2 運(yùn)用功能指令實(shí)現(xiàn)按鍵式快速倍率PMC編程

按鍵式快速倍率，即指如按 F2鍵實(shí)現(xiàn)快速倍率加，如按F3鍵實(shí)現(xiàn)快速倍率減。其中F2對應(yīng)輸入X50.0，F(xiàn)3對應(yīng)輸入X50.1。根據(jù)表2中G13的特點(diǎn)，當(dāng)快速倍率加的時候它的值是 3、2、1、0變化；當(dāng)快速倍率減的時候它的值是 0、1、2、3變化。也就是當(dāng)倍率加的時候執(zhí)行的是減法運(yùn)算，倍率減的時候是執(zhí)行加法運(yùn)算。但是執(zhí)行加法運(yùn)算時，加到3的時候，就不能再往上加，執(zhí)行減法運(yùn)算時，減到0的時候，就不能再往下減。按鍵式具體控制程序如圖2所示。程序前兩行將按鍵信號變成一個上升沿，確保每按一次執(zhí)行一次減法或加法運(yùn)算。程序第三行R400.1（X50.1減倍率按鍵）驅(qū)動ADDB指令執(zhí)行加法運(yùn)算，實(shí)際最后執(zhí)行的是減倍率。程序第四行R400.0（X50.0加倍率按鍵）驅(qū)動SUBB指令執(zhí)行減法運(yùn)算，實(shí)際最后執(zhí)行的是加倍率。程序第五行執(zhí)行的是初始化，給R500，最后R500給了G13，所以該行程序是使G13等于3，也就是執(zhí)行F0速度。程序第六行用一致性判別COIN指令判斷R500（即G13）是否等于0，如果等于0，就使用R402.0的常閉觸點(diǎn)斷開輸入加倍率信號，使加倍率信號不起作用。程序第七行用一致性判別COIN指令判斷 R500（G13）是否等于 3，如果等于3，就使用R402.1的常閉觸點(diǎn)斷開第一行輸入減倍率信號，使減倍率信號不起作用。程序最后2行即實(shí)現(xiàn)把二進(jìn)制的 0、1、2、3（00、01、10、11）給G13，從而實(shí)現(xiàn)了快速倍率控制。

圖2 按鍵式快速倍率PMC控制程序

4 結(jié)語

綜上所述，本文通過分析KND數(shù)控系統(tǒng)快速倍率控制信號G13與輸入信號X，分兩種情況，旋鈕式輸入和按鍵式輸入，分別使用邏輯代數(shù)法和功能指令編制兩種不同控制方式 PMC程序，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)床快速倍率 PMC控制，為數(shù)控機(jī)床維修、調(diào)試和升級改造打下基礎(chǔ)。