五轴数控铣床软PLC控制系统的研究

0 引言

　　随着开放式数控系统统的发展，采用软件控制缩小硬件规模、降低成本是目前高端数控机床的发展趋势。软PLC以软件形式实现了传统PLC的控制功能，具有开放的体系结构、强大的网络通讯功能和更强的数据处理能力等特点。目前，国外已有成熟的软PLC产品，如：Servo Works软件中的PLC引擎模块、SOFTPLC公司的SoftPLC、西门子的SIMATIC WinAC等等。国内对软PLC也进行了研究，取得了一些进展。文献给出了一种基于DSP／BIOS嵌入式的软PLC执行系统构架，文献提出了一种基于tLC／OS．II的软PLC的实现方法，从一定程度上提升了软PLC的稳定性，但他们采用的是专用操作系统，不符合开放的要求和趋势，且软PLC控制系统的功能和稳定性与国外相比有很大差距。

　　五轴数控铣床具有很高的加工精度和效率，能够一次性完成三轴铣床很难加工的大型、复杂的自由曲面，但需要其软PLC控制系统更快地做出响应。因此，性能稳定的软PLC和更快的数据传输速率非常重要。文献提出了一种基于SERCOS接口的软PLC系统，但未对软PLC运行系统深人分析，文献则详细描述了软PLC多任务的实现方法，但未给出实现函数等细节。因此，本文针对上述问题对五轴数控铣床的软PLC控制系统进行了研究。

1 软PLC控制系统的总体结构

　　1.1 软件平台的选择

　　与其它开放的操作系统相比，Windows具有丰富的软件资源和极高的市场占有率，有利于多任务软件的开发。但它不是实时操作系统，无法满足软PLC实时性的要求归j。可向WindowsXP系统内核嵌入实时扩展子系统RTX(Real—Time Extension)解决实这一问题。所以本文选用WindowsXP+RTX5．0作为软PLC的开发和运行的软件平台，既符合开放的要求，又能满足数控系统和软PLC的实时性。

　　1.2 软PLC控制系统的总体结构

　　五轴数控铣床软PLC的控制流程如图1所示。当有加工信息输入时，首先软CNC进行分析、译码，然后将M、S、T等开关量信息交由软PLC进行处理，最后将CPU处理完的开关量信息通过I／O接口输出，通过控制主电路电器元件通断来驱动铣床部件动作。

图1五轴数控铣床软PLC的控制流程

　　软PLC控制系统由开发系统和运行系统两部分组成。开发系统是一个标准通用的开发环境，采用国际标准IEC61131．3中的五种开发语言编写用户程序，利用通信接口模块将可执行的目标代码传送给运行系统。运行系统是整个软PLC控制的核心，负责解释和执行用户程序，将开关量控制信息输出给电气部分，以驱动设备动作。

　　合理的设计软PLC的结构有利于提升控制系统的稳定性。根据软件组件的思想，可将软PLC控制系统分为几个具有独立功能的模块，模块间定义规范的接口。五轴数控铣床软PLC控制系统总体结构如图2所示。

图2软PLC控制系统结构框图

　　由于软PLC开发系统只是提供一个开发环境和控制方案，而目标代码的执行是由运行系统完成，因此下面重点对软PLC运行系统各模块进行分析。