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一种融PLC与MNC为一体的新型数控系统
日期:2006-11-9 23:43:54 来源:本站整理  
点击: 作者:未知
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    0.引言

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     随着微电子技术的迅猛发展,PLC(可编程逻辑控制)和MNC(微机数控)日臻完善,功能越来越强,可靠性越来越高,价格也越来越低。在各类机床和自动化加工设备中,PLC和MNC的应用越来越广泛。PLC主要完成逻辑控制功能,有些PLC虽然能对直流伺服电机或步进电机进行控制,但是很难实现精确的线位移或角位移控制,一般都是通过查询开关信号来判断是否到达指定位置,这种控制精度差,且对于步进电机的升降速控制由PLC来做显得非常吃力,至于多轴联动,那就更难实现了。MNC主要用来精确地控制线位移或角位移,并可实现多轴联动,虽然也带有部分逻辑控制功能,但是功能的专用性强,逻辑指令种类少,无法满足复杂的顺序控制。
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     而在组合机床、专用机床、包装机械、印染机械、纺织机械等自动化设备中,有一些设备不仅需要逻辑控制而且还需要精确的位置控制,一些复杂的设备还需要多个坐标的联动插补。这样,在设计这些自动化设备的时候,不仅需要一台PLC来进行逻辑控制,还需要一台MNC来精确控制位置量。显然,这种做法既不经济也不方便,并且两台系统之间还需要某些约定和匹配,降低了系统的可靠性。鉴于上述问题,基于MCS-51系列的LG97L52单片机,本文设计了一种融PLC与MNC为一体的新型数控系统。

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    1.硬件结构

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系统硬件结构框图

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     新型数控系统是在MNC系统的基础上,扩展了一个可编程逻辑控制模块,融PLC与MNC为一体,既可以实现逻辑控制、顺序控制、定时/计数控制,又可以实现位置控制和两坐标的联动插补,其中MNC部分的位置控制还可以进行闭环调节。系统的硬件结构框图如图1所示。它包括PLC和MNC两大模块,分别以一片LG97L52单片机作为CPU,并在各自的监控程序管理下进行工作。两个CPU之间通过串行口交换信息,从而实现对不同对象的控制。PLC模块由LG97L52单片机、程序存储器EPROM电路、数据存储器SRAM电路、8279键盘接口电路、开关量输入/输出接口电路等部分组成。MNC模块由LG97L52单片机、程序存储器EPROM电路、8279显示与驱动接口电路、光栅信号处理电路、8253计数电路、步进电机驱动电路等部分组成。系统中PLC模块和MNC模块的主控电路放在同一块电路板上,为了保证两片97L52单片机之间串行通讯的可靠性,两个CPU公用一个振荡电路。本系统的双CPU为主-从式结构,采用查询方式发送、中断方式接收的通讯模式。
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    2.工作原理

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     用户根据具体的控制要求编制好程序后,通过键盘输入到SRAM存储器。系统工作时,PLC模块中的CPU按照程序的存放顺序逐条解释执行指令,根据用户程序确定的逻辑关系决定输出的状态,从而实现逻辑控制。当需要执行运动指令时,则通过串行口将数据传送给MNC模块,MNC模块根据指令中规定的方向、行程和速度,送出相应的指令脉冲,经光电隔离和功率放大后,驱动两台步进电机,实现两坐标的位置控制,既可实现单轴运动,又可实现两轴的直线插补与圆弧插补。在MNC模块执行运动指令的同时,PLC模块的CPU仍按其扫描方式在工作。当位置控制结束时,由MNC模块通过串行口通知PLC模块,PLC模块再执行后续动作。当系统需要显示相关信息的时候,由PLC模块的CPU将显示内容串行传送给MNC模块的CPU,然后MNC模块的CPU再通过8279去点亮LED显示器。

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     由于MCS-51系列的单片机内部有一个布尔处理器,与此对应,指令系统中也有一个专门处理布尔变量的子集,因而LG97L52具有较强的位处理功能。PLC模块正是利用了这种具有逻辑处理特色的硬件资源。在扫描周期的采样阶段,外界送到8255输入口的信息被CPU读入到内部的输入映像寄存器;在程序执行阶段,逻辑运算结果写入输出映像寄存器;在输出刷新阶段,输出寄存器的状态传送到8255对应的输出口上,经光电隔离和放大驱动后,控制小型的直流继电器,实现现场执行元件的逻辑控制。

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     MNC模块根据给定的控制指令,完成两台步进电机的运动控制,最终的控制对象可能是旋转运动,也可能是直线运动,既可以完成开环控制,也可以实现闭环的调节。当采用闭环控制时,用圆光栅来检测角位移,直线光栅来检测线位移,光栅传感器的脉冲信号经过光电隔离和4倍频辨向处理后,送到8253内部的3个计数器和CPU的T0计数器进行计数,CPU通过数字调节门的方式实现闭环控制。采用开环控制时,只需将系统操作面板上的

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