逻辑代数法与功能指令编程在数控机床PMC控制中的应用

龙勇云

（珠海城市职业技术学院 机电工程学院 广东珠海519090）

逻辑代数法[1-2]是以逻辑代数为工具的一种设计方法，逻辑表达式具有简单易读的特点。有些简单的逻辑表达式可以直接化简，对于有些复杂的逻辑表达式可以使用卡诺图化简。如果在编程时，要进行数据传输，数据计算，此时用功能指令编程较为方便。因此，逻辑代数法与功能指令编程视具体情况各有优点。数控机床是高端制造业的重要组成部分，数控机床的维修、维护和升级改造已成为了一个重要内容。国内学者[3-5]对FANUC数控系统的PMC编程研究比较多，并对如何进行PMC编程，PMC编程的特点，以及各种功能的编程，如工作模式、快速倍率、主轴倍率、进给倍率，刀库换刀等都有分析研究。但按键式和旋钮式控制各有什么特点，以及如何使用逻辑代数法、功能指令快速实现编程也值得分析研究。快速倍率控制是数控系统的一个重要功能，导入加工程序时，一般将快速倍率旋钮指向“0%”的位置，再逐步增大倍率，来验证程序的正确性，也根据实际加工状态可以适时调整快速倍率，保证加工质量。

1 数控系统PMC信号介绍

所谓 PMC（Programmable Machine Controller），就是利用内置在 CNC 的 PC（Programmable Controller）执行机床顺序控制的可编程机床控制器。数控机床顺序控制处理的信号都为开关量。数控机床分为NC侧（系统侧）和MT侧（机床侧）两大部分，NC侧包括CNC系统的硬件和软件，与CNC系统连接的外围设备，如显示器，MDI面板等。MT侧则包括机床机械部分及其冷却、润滑、排屑等辅助装置，机床操作面板，继电器电路，机床强电电路等。数控系统的信号交换是以PMC为中心，G信号是PMC发给CNC的信号，主要是使CNC改变或执行某种运行的控制信号。F信号是CNC发给PMC的信号，主要反映CNC运行状态或运行结果的信号。X信号是MT发给PMC的信号，主要是机床操作面板，按钮或其他行程开关等的输入信号，如急停按钮信号。Y信号是PMC发给MT的信号，主要是机床执行元件的控制信号，以及状态和报警指示等，如照明输出。

2 快速倍率PMC编程输入、输出信号分析

在 KND数控系统中，数控系统的快速倍率有F0、25%、50%、100%共4种，KND数控系统F0的速度由参数”0712”决定，其余实际快速速度等于设定快速速度乘以快速倍率。数控系统在工作时到底处于何种快速倍率，如何使旋钮旋至50%，伺服轴速度就减少一半，这内在的原因主要是由G信号中“G13”决定。信号G13占用1个字节存储单元，1个字节有8位，每一位是0，或是1。G10后两位的组合有4种，二进制00到11，而快速倍率刚好也是4种。所以，用G10低两位的状态来对应不同的快速倍率，如当G13的低两位组合是00时，对应快速倍率是100%，当G13低两位组合是11时，对应快速倍率是 F0，详细的 G13低两位不同组合对应不同快速倍率如表1所示，助记符RV2、RV1分别表示G13.1、G13.0。在数控机床操作面板上有个旋钮开关，这个旋钮开关就是一个输入信号X，本文中假设使用的输入信号是X50，主轴倍率旋钮开关也有F0、25%、50%、100%共4个不同位置状态，每个状态用二进制00、01、10、11表示，即用十进制的0至3表示，如表2所示。当旋钮开关旋至F0位置时，X50低两位状态是00，当旋钮开关旋至50%时，X50低两位状态是10。但是，如何建立起输入信号X50与倍率控制信号G13之间的对应关系成为了一个重点解决问题。

表1 G13主轴倍率定义

表2 输入信号X定义

3 快速倍率PMC编程

3.1 逻辑代数法实现旋钮式快速倍率PMC编程

快速倍率控制过程分析，当旋钮开关旋至相应的倍率，数控机床的快速速度乘以相应的倍率，实现快速速度的增大或减小。即，当旋钮旋至F0时，X50的低两位输入为00，G13低两位为11；当旋钮旋至25%时，X50的低两位输入为01，G13低两位为 10；当旋钮旋至 50%时，X50的低两位输入为10，G13低两位为 01；当旋钮旋至 100%时，X50的低两位输入为11，G13低两位为00。进一步分析，也就是当X50的低两位为0、1、2、3时，G13的低两位对应也为3、2、1、0。

根据表2、图1的输入、输出关系有：

经过逻辑运算、化简，得到式（1）、式（2），式（1）表示将X50.0的非给G13.0，式（2）表示X50.1的非给G13.1，因此PMC编程如图1所示。

图1 旋转式主轴倍率PMC控制程序

3.2 运用功能指令实现按键式快速倍率PMC编程

按键式快速倍率，即指如按 F2键实现快速倍率加，如按F3键实现快速倍率减。其中F2对应输入X50.0，F3对应输入X50.1。根据表2中G13的特点，当快速倍率加的时候它的值是 3、2、1、0变化；当快速倍率减的时候它的值是 0、1、2、3变化。也就是当倍率加的时候执行的是减法运算，倍率减的时候是执行加法运算。但是执行加法运算时，加到3的时候，就不能再往上加，执行减法运算时，减到0的时候，就不能再往下减。按键式具体控制程序如图2所示。程序前两行将按键信号变成一个上升沿，确保每按一次执行一次减法或加法运算。程序第三行R400.1（X50.1减倍率按键）驱动ADDB指令执行加法运算，实际最后执行的是减倍率。程序第四行R400.0（X50.0加倍率按键）驱动SUBB指令执行减法运算，实际最后执行的是加倍率。程序第五行执行的是初始化，给R500，最后R500给了G13，所以该行程序是使G13等于3，也就是执行F0速度。程序第六行用一致性判别COIN指令判断R500（即G13）是否等于0，如果等于0，就使用R402.0的常闭触点断开输入加倍率信号，使加倍率信号不起作用。程序第七行用一致性判别COIN指令判断 R500（G13）是否等于 3，如果等于3，就使用R402.1的常闭触点断开第一行输入减倍率信号，使减倍率信号不起作用。程序最后2行即实现把二进制的 0、1、2、3（00、01、10、11）给G13，从而实现了快速倍率控制。

图2 按键式快速倍率PMC控制程序

4 结语

综上所述，本文通过分析KND数控系统快速倍率控制信号G13与输入信号X，分两种情况，旋钮式输入和按键式输入，分别使用逻辑代数法和功能指令编制两种不同控制方式 PMC程序，从而实现了机床快速倍率 PMC控制，为数控机床维修、调试和升级改造打下基础。