CN109507946A - 基于数控控制器实现高实时性plc控制功能的系统及控制方法 - Google Patents

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朱成坤
莫雪林
李康
张迅
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Abstract

本发明涉及一种基于数控控制器实现高实时性PLC控制功能的系统，包括上位机，用于实现PLC控制和驱动器管理的功能；数控适配器，与所述的上位机相连接，用于适配控制器的总线协议；多轴运动控制卡，与所述的数控适配器相连接，用于控制调配系统的控制功能；硬件IO接口，与所述的控制器相连接，用于集成系统的硬件设备；驱动器组，与所述的控制器相连接，用于对传输的数据进行识别和处理。本发明还涉及一种利用该系统实现基于数控控制器的高实时性PLC控制方法。采用了该系统及方法，可以更好的扩展输入输出端的逻辑关系，提高数控系统软件控制硬件输出端的响应速率。不需要将参与逻辑运算的端口状态传至上位机，这样就减少了上位机软件至下位机的延时，大大提高了实时性。

Description

基于数控控制器实现高实时性PLC控制功能的系统及控制 方法
技术领域
本发明涉及数控系统软件领域，尤其涉及数控系统控制输入输出端领域，具体是指一种基于数控控制器实现高实时性PLC控制功能的系统及方法。
背景技术
在原有的数控控制系统中，硬件输入输出端口的逻辑控制相对比较单一，主要应用在逻辑关系比较简单的控制系统中。而随着数控系统的飞速发展，人们对硬件输入输出端逻辑关系的可配性与端口响应及时性要求越来越高。
原有的数控系统软件在执行硬件输出端口状态时，往往需要先获取硬件输入端的状态值，经过上位机的逻辑处理后，再给定硬件输出端口状态值。而对于端口输出及时性要求比较高的数控系统中，该控制方式无法满足客户要求。
通过实现一种新的输入输出逻辑控制系统，更好的扩展输入输出端的逻辑关系，提高数控系统软件控制硬件输出端的响应速率，以满足客户需求。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足实时性要求高、可配性高、适用范围广的基于数控控制器实现高实时性PLC控制功能的系统及方法。
为了实现上述目的，本发明的基于数控控制器实现高实时性PLC控制功能的系统及方法如下：
该基于数控控制器实现高实时性PLC控制功能的系统，其主要特点是，所述的系统包括：
上位机，用于实现PLC控制和驱动器管理的功能；
数控适配器，与所述的上位机相连接，用于适配控制器的总线协议；
多轴运动控制卡，与所述的数控适配器相连接，用于控制调配系统的控制功能；
硬件IO接口，与所述的控制器相连接，用于集成系统的硬件设备；
驱动器组，与所述的控制器相连接，用于对传输的数据进行识别和处理。
较佳地，所述的多轴运动控制卡包括：
PLC逻辑处理模块，与所述的数控适配器相连接，用于控制处理硬件的信号和状态；
通用输入端口状态，与所述的硬件IO接口和PLC逻辑处理模块相连接，用于每个控制周期获取硬件设备的输入状态值；
通用输出端口状态，与所述的硬件IO接口和PLC逻辑处理模块相连接，用于输出硬件设备的输出状态值；
轴输入端口状态，与所述的驱动器组和PLC逻辑处理模块相连接，用于每个控制周期获取驱动器的输入状态值；
轴输出端口状态，与所述的驱动器组和PLC逻辑处理模块相连接，用于输出驱动器的输出状态值；
较佳地，所述的数控适配器通过PCIe协议与上位机相连接。
较佳地，所述的多轴运动控制卡通过通讯线与所述的数控适配器相连接。
该利用上述系统实现基于数控控制器的高实时性PLC控制方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)所述的上位机将用户需要的PLC逻辑内容经过通讯线发送到多轴运动控制卡
(2)所述的多轴运动控制卡周期性通过所述的通用输入端口状态和轴输入端口状态获取硬件输入端口状态值；
(3)所述的多轴运动控制卡根据响应延时执行PLC逻辑处理模块；
(4)所述的多轴运动控制卡通过所述的通用输出端口状态和轴输出端口状态传输硬件输出端口状态值。
较佳地，所述的步骤(3)的响应延时不小于Te且不大于Ts×Tc+Te，其中，Tc为控制卡内部控制周期，Te为PLC模块执行时间，Ts为PLC扫描周期。
较佳地，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)判断响应延时是否为Ts×Tc+Te，如果是，则继续步骤(3.2)；否则，继续步骤(4)；
(3.2)经过Ts个周期后继续步骤(2)。
较佳地，所述的步骤(4)中的输出端口状态值包括控制卡内部控制周期Tc、PLC模块执行时间Te和PLC扫描周期Ts。
较佳地，所述的输出端口状态值包括控制卡内部控制周期Tc、PLC模块执行时间Te和PLC扫描周期Ts与输出端口状态响延时间Tr的关系满足如下公式：
Te<Tr<Ts×Tc+Te；
其中，Tc为控制卡内部控制周期，Te为PLC模块执行时间，Ts为PLC扫描周期，Tr为输出端口状态响延时间。
采用了本发明的基于数控控制器实现高实时性PLC控制功能的系统及方法，可以更好的扩展输入输出端的逻辑关系，提高数控系统软件控制硬件输出端的响应速率。PLC逻辑运行在控制器当中，控制器获取端口状态是通过直接读取相应端口寄存器进行的，不需要将参与逻辑运算的端口状态传至上位机，只需将最终状态传至上位机即可，这样就减少了上位机软件至下位机的延时，大大提高了实时性。
附图说明
图1为本发明的基于数控控制器实现高实时性PLC控制功能的系统的硬件框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
该基于数控控制器实现高实时性PLC控制功能的系统，其中，所述的系统包括：
上位机，用于实现PLC控制和驱动器管理的功能；
数控适配器，与所述的上位机相连接，用于适配控制器的总线协议；
多轴运动控制卡，与所述的数控适配器相连接，用于控制调配系统的控制功能；
硬件IO接口，与所述的控制器相连接，用于集成系统的硬件设备；
驱动器组，与所述的控制器相连接，用于对传输的数据进行识别和处理。
作为本发明的优选实施方式，所述的多轴运动控制卡包括：
PLC逻辑处理模块，与所述的数控适配器相连接，用于控制处理硬件的信号和状态；
通用输入端口状态，与所述的硬件IO接口和PLC逻辑处理模块相连接，用于每个控制周期获取硬件设备的输入状态值；
通用输出端口状态，与所述的硬件IO接口和PLC逻辑处理模块相连接，用于输出硬件设备的输出状态值；
轴输入端口状态，与所述的驱动器组和PLC逻辑处理模块相连接，用于每个控制周期获取驱动器的输入状态值；
轴输出端口状态，与所述的驱动器组和PLC逻辑处理模块相连接，用于输出驱动器的输出状态值；
作为本发明的优选实施方式，所述的数控适配器通过PCIe协议与上位机相连接。
作为本发明的优选实施方式，所述的多轴运动控制卡通过通讯线与所述的数控适配器相连接。
该利用上述系统实现基于数控控制器的高实时性PLC控制方法，其中包括以下步骤：
(1)所述的上位机将用户需要的PLC逻辑内容经过通讯线发送到多轴运动控制卡
(2)所述的多轴运动控制卡周期性通过所述的通用输入端口状态和轴输入端口状态获取硬件输入端口状态值；
(3)所述的多轴运动控制卡根据响应延时执行PLC逻辑处理模块；
(3.1)判断响应延时是否为Ts×Tc+Te，如果是，则继续步骤(3.2)；否则，继续
步骤(4)；
(3.2)经过Ts个周期后继续步骤(2)；
(4)所述的多轴运动控制卡通过所述的通用输出端口状态和轴输出端口状态传输硬件输出端口状态值。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3)的响应延时不小于Te且不大于Ts×Tc+Te，其中，Tc为控制卡内部控制周期，Te为PLC模块执行时间，Ts为PLC扫描周期。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(4)中的输出端口状态值包括控制卡内部控制周期Tc、PLC模块执行时间Te和PLC扫描周期Ts。
作为本发明的优选实施方式，所述的输出端口状态值包括控制卡内部控制周期Tc、PLC模块执行时间Te和PLC扫描周期Ts与输出端口状态响延时间Tr的关系满足如下公式：
Te<Tr<Ts×Tc+Te；
其中，Tc为控制卡内部控制周期，Te为PLC模块执行时间，Ts为PLC扫描周期，Tr为输出端口状态响延时间。
本发明的具体实施方式中，本发明提供了一种基于数控控制器实现的高实时性PLC控制硬件连接方式，可以更好的扩展输入输出端的逻辑关系，提高数控系统软件控制硬件输出端的响应速率。本设计方案中，PLC逻辑是运行在控制器当中的，而且控制器会在每个控制周期扫描一次PLC逻辑，然后将端口状态设置到硬件寄存器。
在数控控制器中增添PLC处理模块，上位机PLC逻辑内容由用户自定义。
运动控制卡内部每个控制周期获取硬件输入状态值，通过PLC逻辑处理模块后，给定硬件输出端口状态值。
输出端口状态响应延时公式：
控制卡内部控制周期Tc、PLC模块执行时间Te、PLC扫描周期Ts三者与输出端口状态响延时间Tr的关系为：Te<Tr<Ts×Tc+Te。
响应延时最小为Te，表示当前周期刚好获取到输入信号，经过PLC逻辑处理后，直接给定硬件输出端状态值。
响应延时最大为Ts×Tc+Te，表示当前周期硬件产生输入信号，而控制卡内部未获取到输入值，经过Ts个周期后，才执行输入输出端逻辑处理。
该基于上述系统实现高实时性PLC控制功能的方法，其中，包括以下步骤：
1、上位机将用户需要的PLC逻辑内容经过通讯线发送到数控控制器；
2、数控控制器周期性获取硬件输入端口状态值；
3、数控控制器执行PLC逻辑处理模块；
4、数控控制器给定硬件输出端口状态值。
经实际系统测试，硬件端口的响应延时相比原有的数控系统减少了上位机软件至下位机控制器的延时，大大提高了硬件输出端口响应的及时性。
采用了本发明的基于数控控制器实现高实时性PLC控制功能的系统及方法，可以更好的扩展输入输出端的逻辑关系，提高数控系统软件控制硬件输出端的响应速率。PLC逻辑运行在控制器当中，控制器获取端口状态是通过直接读取相应端口寄存器进行的，不需要将参与逻辑运算的端口状态传至上位机，只需将最终状态传至上位机即可，这样就减少了上位机软件至下位机的延时，大大提高了实时性。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (9)

1.一种基于数控控制器实现高实时性PLC控制功能的系统，其特征在于，所述的系统包括：
上位机，用于实现PLC控制和驱动器管理的功能；
数控适配器，与所述的上位机相连接，用于适配控制器的总线协议；
多轴运动控制卡，与所述的数控适配器相连接，用于控制调配系统的控制功能；
硬件IO接口，与所述的控制器相连接，用于集成系统的硬件设备；
驱动器组，与所述的控制器相连接，用于对传输的数据进行识别和处理。
2.根据权利要求1所述的基于数控控制器实现高实时性PLC控制功能的系统，其特征在于，所述的多轴运动控制卡包括：
PLC逻辑处理模块，与所述的数控适配器相连接，用于控制处理硬件的信号和状态；
通用输入端口状态，与所述的硬件IO接口和PLC逻辑处理模块相连接，用于每个控制周期获取硬件设备的输入状态值；
通用输出端口状态，与所述的硬件IO接口和PLC逻辑处理模块相连接，用于输出硬件设备的输出状态值；
轴输入端口状态，与所述的驱动器组和PLC逻辑处理模块相连接，用于每个控制周期获取驱动器的输入状态值；
轴输出端口状态，与所述的驱动器组和PLC逻辑处理模块相连接，用于输出驱动器的输出状态值。
3.根据权利要求1所述的基于数控控制器实现高实时性PLC控制功能的系统，其特征在于，所述的数控适配器通过PCIe协议与上位机相连接。
4.根据权利要求1所述的基于数控控制器实现高实时性PLC控制功能的系统，其特征在于，所述的多轴运动控制卡通过通讯线与所述的数控适配器相连接。
5.一种利用权利要求1所述的系统实现基于数控控制器的高实时性PLC控制方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)所述的上位机将用户需要的PLC逻辑内容经过通讯线发送到多轴运动控制卡
(2)所述的多轴运动控制卡周期性通过所述的通用输入端口状态和轴输入端口状态获取硬件输入端口状态值；
(3)所述的多轴运动控制卡根据响应延时执行PLC逻辑处理模块；
(4)所述的多轴运动控制卡通过所述的通用输出端口状态和轴输出端口状态传输硬件输出端口状态值。
6.根据权利要求5所述的实现基于数控控制器的高实时性PLC控制方法，其特征在于，所述的步骤(3)的响应延时不小于Te且不大于Ts×Tc+Te，其中，Tc为控制卡内部控制周期，Te为PLC模块执行时间，Ts为PLC扫描周期。
7.根据权利要求5所述的实现基于数控控制器的高实时性PLC控制方法，其特征在于，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)判断响应延时是否为Ts×Tc+Te，如果是，则继续步骤(3.2)；否则，继续步骤(4)；
(3.2)经过Ts个周期后继续步骤(2)。
8.根据权利要求5所述的实现基于数控控制器的高实时性PLC控制方法，其特征在于，所述的步骤(4)中的输出端口状态值包括控制卡内部控制周期Tc、PLC模块执行时间Te和PLC扫描周期Ts。
9.根据权利要求8所述的实现基于数控控制器的高实时性PLC控制方法，其特征在于，所述的输出端口状态值包括控制卡内部控制周期Tc、PLC模块执行时间Te和PLC扫描周期Ts与输出端口状态响延时间Tr的关系满足如下公式：
Te<Tr<Ts×Tc+Te；
其中，Tc为控制卡内部控制周期，Te为PLC模块执行时间，Ts为PLC扫描周期，Tr为输出端口状态响延时间。
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