基于PMAC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， 周彧

（1.天津职业技术师范大学机电工程研究所，天津300222；2.天津创智数控科技有限公司，天津300222）

0 引言

PMAC运动控制器是由Delta Tau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动控制器之一，广泛应用于各数控系统中［1］。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工具。PMAC运动控制器内置PLC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，就可以方便地在运动程序和PLC程序中通过指针变量来对该I/O点进行输入或输出控制［2］。同时该PLC具有强大的逻辑功能判断能力，可编制复杂的逻辑关系［2］。因为数控机床控制面板中有大量的按键，而且都是开关量，需要对这些开关量信号进行实时处理，为了节省PMAC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

矩阵键盘又名行列式键盘，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5×6的行列式结构可以构成30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1所示。

图1 矩阵键盘的原理图

首先,判断整个键盘上有无键按下［3］，方法是：将列全输出为0,然后读入行的状态,如果行读入的状态全为1,则无键按下,不全为1则有键按下［3］。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［3］；若行线全为1,则按键不在此列［3］；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［3］。最后，确定键值，并进入键处理程序［3］。

2 矩阵键盘硬件设计

DTC-32 IN和DTC-32 OUT是由Delta Tau（中国）设计的32位通用数字输入和输出板，为用户提供32个光电隔离的通用数字输入点和输出点，该板卡通过clipper的复用端口连接［1］。

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量，这样PMAC卡能实时通过映像字变量读到DTC-32 IN输入点的信号。当有变量输出时，将映像字变量的值实时复制给实际的字变量，这样PMAC卡能实时通过映像字变量写到DTC-32 OUT输出点的信号。

在配置了DTC-32 IN和DTC-32 OUT端子板的PMAC 系统中，程序格式如下［4］：

上述定义中，M7842和M7843分别对应输入和输出端口物理地址，由PMAC系统即时刷新端口状态［4］；M7840和M7841为对应的映象变量，并指向PMAC固定存储器，以便在上电或复位时自动清零［4］。把缓冲器字节分解成位，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［4］。

3 矩阵键盘软件设计

根据矩阵键盘的工作原理，用一个M变量指向DTC-32 IN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DTC-32 OUT的八位寄存器地址，依次输出低电平，判断哪个按键按下。M1000和M1001分别指向M7824-M7831和M7824-M7831的地址，M的地址是连续的。

机床控制面板上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［2］；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，键上的指示灯灭时，表示手动快速开关关闭，键上的指示灯亮时，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，可通过按 X1，X25，X50，X100，4 个键进行选择。其关键程序如下所示：

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百分数执行动作［6］。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［6］。其关键程序如下所示：

4 结论

研发了一种基于PMAC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PMAC运动控制器的I/O点，降低成本。编制的的控制程序已在VNCZT-545加工中心上应用。

［1］ Delta Tau Clipper多轴运动控制卡［EB/OL］.http：//www.cntrades.com/b2b/jixie0406/sell/itemid-24806557.html.

［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：广东工业大学，2012.

［3］ 杨芷，禹恒洲，鲁五一.基于S7-200PLC的矩阵式键盘设计［J］.工业控制计算机，2006（10）：62-65.

［4］ 牛志刚,张建民,孙宏昌.构建PMAC数控系统的关键技术和实现方法［J］.制造业自动化，2005（11）：37-39.

［5］ 钱俊晗.基于PMAC的开放式数控系统的设计与实现［D］.南京：东南大学，2008：37-39.

［6］ 数控实训指导书 V1.1［EB/OL］.http：//www.doc88.com/p-8169042914945.html.