基于PMAC的矩阵键盘在数控机床控制面板上的应用与研究.pdf

团固四疃团嗵 仿真 ， 建檬 ／ C AD ／ CA M／ CA E ／ C AP P 基 于P M A C 的 矩 阵 键 盘 在 数 控 机 床 控 制 面 板 上 的 应 用 与 研 究 梅洋 。 ， 孙 奇涵 ， 邓三鹏 ， 曹 川川 t 。 周或 z 1 ． 天津职业技术师范大学 机电工程研究所， 天津 3 0 0 2 2 2 ； 2 ． 天津创智数控科技有限公司， 天津 3 0 0 2 2 2 Ap p l i c a t i o n a n d Re s e a r c h o n M a t r i x Ke y b o a r d o f CNC M a c h i n e Co n t r o l Pa n e l Ba s e d o n PM AC ME I Y a n g ， S U N Qi h a n ’ ， D E NG S a n p e n g ， C A O C h u a n c h u a n ． Z HOU Y U 1 I n s t i t u t e I Me t ’ h a t r o n i c s E n g i n e m i n g 。 F ia n j in U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y a n d E d u c a t i o n ． T i a n j i n 3 0 0 2 2 2 ． C h i n a 2 ．P o w e r i s e C N C T e c h n o l o g y C o ． ， L t d ． o f T i a n j i n ， T i a n j i n 3 0 0 2 2 2 ， C h i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n t h e ma t r i x k e y b o a r d wi t h PMA C mo t i o n c o n t r o l l e r b u i l t - i n P I C d e s i g n p r o g r a m， t h e p r o g r a m i s u s e d f m， c o n t r o l o f ma c h i n e t o o I e o n t r o l p a n e 1 ． A q u i c k f e e d r a t i o k n o b b u t t o n a n d b a n d a r e t a k e n a s a n e x a mp l e ． t h e k e y c o d e i s g i v e n ．C o mp i l e d b y fi l e e o n t ml p r o g r a m i s s i mp l e ，h a s t h e v e r s a t i l i t y a n d p o r t a b i l i t y ，g r e a t s a v i n g s w i t h P MAC mo t i o n c o n t r o l l e r I ／ O p o i n t s ． Th e c o n t r o l p r o g r a m i s a p p l i e d i n VNC Z T - 5 4 5 ma c h i n i n g c e n t e r ． Ke y wo r d s P M ACma t r i x k e y b o a r d；ma c h i n e t o o 】c o n t r o 1 p a n e l 0 引言 P MAC运 动控制 器是 由 De l t a T a u公司设计制造 的 低成本 、 高精度多轴运动控制器 ， 是工业领域最常用 的运 基金项 目 天津市科技 支撑 重点项 目 1 3 Z C Z D G X 0 1 5 0 0 ； 1 4 Z ZDSFO 【 】 2 2 1 动控制器之一 ， 广泛应用于各数控系统中| 1 I 。无论是何种 数控系统 ， 机床控制面板都是必不 可少的组成部件 ， 是操 作人员与数控系统进行人机交互的T具 。P MA C运动控 制器内置 P L C的 I ／ O点都是 由软件来控制的 ，只要使用 一 个类 似高级 程序 中的指针 变量指 向某一个 I ／ O地址 ， 时， 当流量降低到一定数值 的时候 ， 液压马达的转速将停 滞 ，这个时候的转速就是马达的最低稳 定速度 ，根据 曲 线 ， 当流量大约低于 6 0 0 mL ／ mi n时马达停转 ， 可以得到 这个时候的马达转速为 4 ． 8 r ／ m i n ，所以该马达 的最低稳 定转速是 4 ． 8 r ／ m i n 。这个结论是在理想模型状态下得到 的， 在实际使用 中 ， 马达的低速稳定性受 到多种因素 的影 响 ， 最佳办法是实际工况下测试其最低稳定速度 ， 这种方 法受限于各种条件 ， 不容易实现 ， 当实测条件不允许时可 设计一套实验检测装置来进行液压马达特性分析 。 1 5 0 机械工程师 2 0 1 4 年第1 2 期 4 结语 船用液压马达选型传统方法 以经验为主 ，没有精细 化的分析 ， 可能会造成匹配不合理等问题 ． 本文提 出了一 种利用 MA T L A B ／ S i m u l i n k 软件的仿真 和分析功能 ， 来分 析液压马达 的低速稳定性 ，可以得到较精确的特性 以方 便选型 ， 这种方法同样可以应用于其他特性 的分析 ， 但这 种方法影响因素较多，最好 的方法是在实际_T况下或者 在专用测试 台一 k 1 试其特性 。 [ 参考文献 ] [ I ] 姚怀新． 行走机械液压传动与控制[ M] ．北京 人民交通出版社， 2 0 0 2 1 4 -21 ． [ 2 ] 顾海荣． 1 6 0 p h全液压推土机行驶驱动系统匹配参数研究[ D ] ． 西安 长安大学 ， 2 0 0 5 ． [ 3 ] 钱学毅． 摆线针轮行星传动的优化设计 [ J ] ． 轻工机械， 2 0 0 5 3 6 4 6 7 ． [ 4 ] 袁兵． 考虑非线性摩擦转矩的液压马达低速性能仿真[ J ] ． 武汉 理工大学学报 ， 2 0 0 2 2 2 7 7 2 7 9 ． [ 5 ] 李成功， 和彦淼． 液压系统建模与仿真分析[ M] 北京 航空工业 出版社 ， 2 0 0 8 1 0 5 1 5 3 ． 编辑 黄获 作者简介 王维 1 9 8 2 一 ， 男， 实验师， 硕士， 主要从事液压技术方面 的教研 工作 。 收稿 日期 2 0 1 4 0 8 2 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 就_口 『 以方便地在运 动程序 和 P L C程序 中通 过指针变量 来对该 1 ／ O点进行输入或输f } { 控制 。 同时该 P I C具有 强大的逻辑功能判断能力， 可编制复杂的逻辑关系 】。因 为数控机床拄制而板中有大量的按键 ．而且都是开关量 ， 需要对这些开关嫩信 号进行实时处理 ， 为 _r 节省 P MA C运 动控制器的 I ／ O点而采用行 列 扫描法对按键进行识别。 1 矩阵键盘工作原理 矩阵键盘 又 行列式键盘 ， 它是用带 I ／ O口的线组 成 行列结构 ， 再把按键设置在行列的交点上。 例如用 5 x 6的 行列式结构可以构成 3 0个键 的键盘 。当按键数量按照平 方增 长时 ， I ／ O口只是线性增长 ， 从而节省 I ／ O口。矩阵键 盘的原理 图如图 l所示 。 首先． 判断整个键蕊 } 有尢键按下 ， 方法是 将列全 输 m为 0 ， 然后i 卖人行的状 态 如果行读入的状态全为 1 ， 则无键按下， 不令为 1则有键按 下 。其次， 若有键按下 则进行逐列扫描 ， 方法是 依次将 列线送低 电平 0 ， 检查 对应行线的状态 ； 若行线 全为 1 ， 则 按键不在此列E 3 7 ； 若 不全为 1 ， 则按键必在此列 ， 且是与 0电平行线相交的那 个键 。最后 ， 确定键值， 并进入键处理程序 。 2 矩阵键盘硬件设计 D T C 一 3 2 l N和 I T C 一 3 2 O U T是南 D e l t a T a u 中国 设计的 3 2 位通用数字输入和输 出板 ，为用户提供 3 2个 光电隔离的通用数字输入点和输 f } ， 该板 卡通过 c l i p p e r 的复用端 门连接 当有外部变量输入时 ，将实际字变量的值实时复制 给映像字变 ，这样 P MA C 能实时通过映像字变量读 到 D T C 一 3 2 I N输入点的信号。 当有变量输f } { 时， 将映像字 变量的值实时复制给实际的字变量 ，这样 P M A C卡能实 时通过映像亨变 最写到 D T C 一 3 2 O U T输出点的信号 。 在 配置 厂I T C一 3 2 I N和 D T c一 3 2 OU T端 子 板 的 P M A C系统中， 程序格式如下 1 ． M78 2 4 一 X 8 0 0 1 O F ．O NX 2 4 M78 2 5 一 X 0 0 1 O F O． 1 ／ ／ X25 M7 8 2 6 一 X O 01 O F O． 2 ／／X2 6 M7 8 2 7一 X 8 O 0l 0 F0 ． 3 ／ ／ X2 7 M7 8 28 一 X8 0 0l O FO ． 4 ／ ／ X2 8 M7 8 2 9 一 X O 0 l O F ． 5 ／ ／ X2 9 M7 8 3 0一 X o 0 1 O F0 ． 6 N X3 0 仿真 ， 建幔 I C A DI C AMI C AE ／ C AP P 圃固四喹匾殛 M7 8 3 1 一 X O l O FO ，7 ／ ／ X3 1 M7 9 2 4一 X8 O 0I O F1 ．0 ／ ／ Y2 4 M7 9 2 5一 X O 01 O F1 ， 1 NY25 M7 9 26 一 X O01 O F 1 ． 2 ／ t 1“ 26 M7 92 7 一 X S 0Ol O F1 ． 3 ／ ／ Y2 7 M7 92 8 一 X 8 OOl O F1 ． 4 ， ／ Y2 8 M7 92 9 一 X 8 0Ol O Fl ， 5 ／ ／ Y2 9 M7 93 0 一 X 0O 1 O F 1 ． 6 ／ ， Y3 0 M7 931 一 X 8 O01 O FI ． 7 ／／ Y31 ； 映射 1 0地址 m 7 8 4 0 一 t w s 1 ； 输入 m 7 8 4 2 一 d 1 0 f 0 ； 输入 m 7 8 4 1 一 t w s 6 ； 输 出 m7 8 4 3 一 d 1 0 f l ； 输出 c l o s e o p e n pi e 2 c l e a r C MI ” m7 8 4 2 m7 8 4 0 ” ； 输入 C MD ” m7 8 41 m7 8 4 3 ” ； 输出 c l o s e e n a b l e pi e 2 上述定义中 ， M7 8 4 2 和 M7 8 4 3 分别对应输入和输m 端 口物 理地 址 ，由 P M A C 系统 即 时刷新 端 口状 态 F4 ] ； M7 8 4 0 和 M 7 8 4 1 为对应的映象变量 ， 并指向 P MA C同定 存储器， 以便在上电或复位时 自动清零 。把缓冲器宁节 分解成位 ， 并 由 M 变量直接进行位 操作 ， 方便 了对端 口 各位的独立操作{ 。 3 矩阵键盘软件设计 根据矩阵键盘的’ 作原理， 用一个 M变量指向 D T C 一 3 2 I N的八位寄存器地址 ，一次读取 8 个输入点的值 ， 然 后根据这 8 个点 的值 ， 去判断该执行哪条指令 ； 用一个 M 变量指 向 D T C 一 3 2 O U T的八位寄存器地址 ，依次输 出低 电平 ，判断 哪个 按键按下 。M1 0 0 0和 M1 0 0 1 分别指向 M7 8 2 4 一 M7 8 3 】 和 M7 8 2 4 一 M7 8 3 1的地址 ， M的地址 是连 续 的。 机床控制丽板 E 每个按钮的功能各不相同 ，现在以 常 见按钮功能进行介绍 ， 并给出其关键程序代码。 手动方 式时 ， 按下 x 按钮 ， x轴电机便 向 x正方向运动， 当抬起 x 按 钮 ， x轴停 止运 动 。 ； 按 下快速按钮 ， 可控制手动运 动 为手动快速进给 。快速按钮是带 自锁的键 ，多次按下 时， 会在开关状态 中切换 ， 键 七的指示灯灭时 ， 表示手动 快速开关关闭 ， 键 的指示灯亮时， 表示手动快速开关打 开 。当手动快速开关打开时 ，手动进给变为手动快速进 给 ， 实际进给速度 与 快 速倍率有关 ， 快速倍率分为 4 档 ， 町通过按 x l ， X 2 5 ， X 5 0 ， X1 0 0 ， 4 个键进行选择 。 其关键程 序如下所示 M 1 0 0 0 一 X 0 0 1 0F 0 ． 0 8 M 1 0 01 一 X 0 0I OF1 ， 0 ． 8 o p e n pl c 6 c l e a ’ p 0 O P1 01 w h i l e p O o 1 E n d W i ff p O O i f ml O O O 1 l a n d ml 0 01 0 1 ／ ／ X pl 0 0 l e l s e P1 0 0 0 e n d i f i f m1 0 0 0 2 2 a n d ml O 0 1 0 1 P1 00 2 e l s e i f m1 0 0 0 ＆1 6 1 ． 1 6 a n d Il l 1 0 0 1 0I 1 pl 0 0 5 e l s e e n d i f I I ／／ 第二行扫描 i p 0 1 i ml O 0 O ＆1 1 a n d m1 0 0 1 0 2 P1 01 1 e l s e pl Ol O e n d i f j f ml O 0 O 2 2 a n d m1 0 0 1 0 2 P1 01 2 e l s e e n d i f p O p O 1 pl pl 2 e n d wh i l e p O O pl 01 ／ ／ 脓 点动 以及连续 i f p 1 0 0 1 ／ ／ X i f p 5 2 9 0 c md ” 1 j ” p 52 9 1 e n d i f e l s e i f p 5 2 9 1 e m d ” 1 j ／ ‘ ’ p 5 2 9 0 e n di f e n di f l l l l 快速进给按钮 i f p l O O 2 i ff 0 5 2 8 p 5 01 p 5 01 1 i f p 5 0 1 1 i 22 2 4 0 e l s e i p 5 0 1 0 、 i 2 2 2 1 O e n di f e nd i f p 5 2 8 1 1 5 2 }机械工程师 2 0 1 4 年第1 2 期 e n d i f e l s e p5 2 8 0 e n di f i f p1 0 0 5 c md ” ＆l ％5 0” e n d i f c l o s e 波段旋钮是机床控制面板必不可少的器件 ，主轴修 调和进给率及进给修调都需用到波段旋钮。当主轴波段 开关旋到对应刻度时，主轴将按设定值乘以对应 白 ‘ 分数 执行动作 。当进给轴波段开关旋到对应刻度时， 各进给 轴将按设定值乘 以对应百分数执行进给动作 。 其关键程 序如下所示 o p e n p i e 7 c l e a r p 2 0 0 m7 8 1 6 1 m7 8 1 7 m7 8 1 8 m7 8 1 9 1 m7 8 2 0 1 1 ／ ， 0 ％ p 2 0 1 m7 8 1 6 ＆m7 8 1 7 m7 8 1 8 1 m7 8 1 9 1 m7 8 2 0 1 ／ ／ 2 0 ％ p 2 0 6 m7 8 1 6 1 m7 8 1 7 A 1 m7 8 1 8 1 m7 8 1 9 m7 8 2 0 ／ ／ I 2 0 ％ i f p 2 0 0 1 e md ” ＆l ％O” e n d i f i ff p 2 0 6 1 c md ” ＆ l ％ 1 2 0 ” e n d i f c l o s e 4 结论 研发了一种基于 P MA C运动控制器构成 的开放式数 控 系统 ， 根据矩阵键盘工作原理 ， 对机床控制面板控制系 统进行了分析研究。该控制方法简单 ， 具有可移植性 ， 极 大地节省 P M A C运动控制器的 I ／ O点 ， 降低成本。编制的 的控制程序已在 V N C Z T 一 5 4 5加工中心 上应用。 [ 参考文献] [ I ] D e l t a T a u C l i p p e r 多轴运动控制卡E E B ／ O L ] ． h t t p ／ ／ w w w e n t i ’a d e s ． c o rn ／ b 2 b ／j i x i e 0 4 0 6 ／ s e l l ／ i t e mi d 一 2 4 8 0 6 5 5 7 ． h t m1 ． [ 2 ] 吴奎． 龙门式 精密运动平台的滑模控制算 法研究 与实现[ D] ． 广 州 广东T业大学 ， 2 0 1 2 ． [ 3 ] 杨 芷 ，禹恒洲 ，鲁 五一 ． 基 于 s 7 2 0 0 P L C的矩 阵式键 盘设 计 [ J ] ． _T业控制计算机 ， 2 0 0 6 1 0 6 2 6 5 ． [ 4] 牛志刚 ，张建 民， 孙宏 昌． 构建 P MA C数控 系统 的关键 技术和 实现方法 [ J ] ． 制造业 自动化 ， 2 0 0 5 1 1 3 7 3 9 ． [ 5 ] 钱俊晗． 基于 P M A C的开放式数控系统的设计 ‘ 实现 [ D ] ． 南 京 东南大学 ， 2 0 0 8 3 7 3 9 ． [ 6 ] 数控实训指导书 V I ． 1[ E B ／ O L ] ． h t t p ／ ／ w w w ． d o c 8 8 ． c 、o m ／ p 一 8 1 6 9 0 4 2 9 1 4 9 4 5 ． h t m1 ． 编辑 立 明 作者简介 梅 洋 1 9 8 8 一 ， 男， 硕 士研 究生， 研 究方向为监控检测与数 控技 术 邓三鹏 1 9 7 8 一 。 工学博士， 副教授， 研究方向为监控检测 与数控技术 。 通信作者 邓三鹏． s a n p e n g y e a h ．n e t ． ． 收稿 日期 2 0 l 4 一 l O 一 2 O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m