數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部控制邏輯是由通用或內(nèi)裝式可編程控制器(PLC)來實現(xiàn)的。目前，PLC的編程方法主要有專用編程器和基于PC的軟件編程器兩種。當前，華中數(shù)控系統(tǒng)PLC控制是基于DOS環(huán)境使用C語言而設計的，該軟件已經(jīng)不太符合現(xiàn)代計算機大多采用Windows操作系統(tǒng)的實際要求，設計人員使用起來不直觀、不方便，而且使用C語言編程同使用梯形圖編程相比，對編程人員要求較高。根據(jù)這些情況，有必要研發(fā)一個基于個人計算機的能為用戶提供直觀、方便、高效的編程環(huán)境的PLC軟件開發(fā)平臺，使數(shù)控實驗臺在最大程度上發(fā)揮它的積極效用，使學生能夠直觀、方便地了解和掌握數(shù)控系統(tǒng)中PLC的編程和仿真操作。
1 華中數(shù)控系統(tǒng)中的可編程控制器
華中數(shù)控世紀星采用的是“內(nèi)裝型”PLC。和CNC共用一個CPU、輸A．／輸出、電源。該PLC是從屬于CNC裝置的一部分，與CNC之間的信號傳送在CNC內(nèi)部實現(xiàn)，PC與機床側(cè)的信息傳送則通過CNC的I／O接口電路實現(xiàn)。由于CNC的功能和PLC的功能一起考慮，因而這種類型的系統(tǒng)在硬件和軟件的整體結(jié)構(gòu)上合理、實用、性能價格比高。PLC和CNC之間沒有多余的連線，而且PLC上的信息可以在CNC的顯示器上顯示，PLC的編程更為方便，故障的診斷功能也有所提高。
2 數(shù)控PLC編程系統(tǒng)的整體設計
2.1 整體設計方案
在數(shù)控器系統(tǒng)中，CNC和PLC協(xié)調(diào)配合共同完成對數(shù)控機床的控制。PLC主要完成與邏輯運算有關(guān)的一些動作，沒有軌跡上的具體要求，它接受CNC的控制代碼M、S、T等順序動作信息。對其進行譯碼，轉(zhuǎn)換成對應的控制信號控制輔助裝置完成機床相應的開關(guān)動作，如工件的裝夾、刀具的更換等一些輔助動作；它還接受機床操作面板的指令，一方面直接控制機床的動作，另一方面將一部分指令送往CNC用于加工過程的控制。PLC內(nèi)嵌在數(shù)控裝置中，可以進行讀寫操作，借助CNC系統(tǒng)的全部硬件資源，具有友好的界面接口，便于用戶編程和操作。基于Windows系統(tǒng)的圖形開發(fā)系統(tǒng)，進行圖形化編程。
2.2 開發(fā)工具的選擇
根據(jù)設計需要選擇C++Builder 5.0為開發(fā)工具，該工具是基于Microsoft公司的32位Windows系列操作系統(tǒng)的可視化開發(fā)工具，使用的程序語言是C++語言，既可進行過程化程序設計，又可進行面向?qū)ο蟮某绦蛟O計，強調(diào)對高級抽象的支持，用它開發(fā)出的應用程序具有可重用的特點。采取面向?qū)ο蠹夹g(shù)，高質(zhì)量的代碼能有效降低軟件的復雜度和提高開發(fā)效率。
2.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型的選擇首先要滿足對于待處理的數(shù)據(jù)元素及其關(guān)系的描述；其次在能夠完整描述問題空間所有數(shù)據(jù)元素及它們之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，應采用盡可能簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以避免復雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)帶來的復雜操作；同時，應考慮與其他模塊之間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的通用性。基于以上考慮，作者采用具有線性特性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)梯形圖編輯過程中元件添加、刪除及修改時設計數(shù)據(jù)的保存和讀取數(shù)據(jù)的高效性。
系統(tǒng)采用了標準模板庫(STL)中的標準順序容器list來存儲設計過程中涉及到的梯形圖數(shù)據(jù)，主要對象容器定義如下：
(1)梯級鏈表：Tyr，edef list<CRung*>CRungList；
(2)行鏈表：Typedef list<CRow*>CRowList；
(3)元件鏈表：Typedef list<CElement*>CEle—mentList o
通過list容器模板自帶的push—back成員函數(shù)將要加入的對象壓入到相應種類容器中，通過這樣的操作把各對象逐一地放人容器中，再通過其他成員函數(shù)如ecase、insert等對它們進行操作，實現(xiàn)各對象數(shù)據(jù)的集中管理。
當用梯形圖編程系統(tǒng)繪制梯形圖時，每在計算機屏幕上畫一個梯級，就會生成該梯級類的一個對象，同時程序把該對象加入到梯形圖類中的CRungList鏈表當中；每畫一個行，就會生成該行類的一個對象，同時程序把該對象加入到對應的梯級對象中的CRowList鏈表當中；每畫一個元件，就會生成該元件類的一個對象，同時程序把該對象加入到對應行對象中的CElementList鏈表當中。所以，在CElementList鏈表中的一個結(jié)點對應梯形圖中一個水平連線、元件或功能塊等。
3 數(shù)控PLC編程系統(tǒng)中的梯形圖元件基類設計
梯形圖一般由多個不同的梯級組成，每一個梯級又可以由“一行”或“數(shù)行”組成，每行由一個或幾個輸入元件及一個輸出元件組成。輸出元件應出現(xiàn)在梯級的最右邊，而輸入元件則出現(xiàn)在輸出指令的左邊。
從計算機角度看，梯形圖是一幅位圖，它由一個個像素組成。計算機沒有能力分析梯形圖并判斷出每個元件之間的邏輯關(guān)系，所以，需要找到一種描述方法，讓計算機能“看懂”梯形圖。為此，作者采用面向?qū)ο笤O計方法來開發(fā)梯形圖編輯器。
首先分析和識別梯形圖中的不同對象。根據(jù)對象的性質(zhì)和功能抽象歸并為不同類，建立類的層次結(jié)構(gòu)。面向?qū)ο筌浖O計主要是類的設計，而不是對象的設計，因為各種對象是在梯形圖對應的編輯過程中動態(tài)產(chǎn)生的。通過對系統(tǒng)的梯形圖對象、梯級對象、行對象及元件對象進行抽象，建立了梯形圖編程系統(tǒng)的類層次結(jié)構(gòu)，其類層次結(jié)構(gòu)中六大類對象為：梯形圖類、梯級類、行類、梯形圖畫布類、梯形圖文檔類。元件庫模型的基類CElement是從梯形圖編程系統(tǒng)所支持的所有元件抽象出來的一個類，它定義了其他類的共有操作接口和屬性，是其他圖元類的父類。模塊中所有的元件子類都根據(jù)C++的繼承機制繼承了基類的屬性，并根據(jù)自己支持的圖元形狀有選擇地重載基類相應的操作，以滿足子類的需要。所以基類的定義在梯形圖編輯模塊的實現(xiàn)過程中是非常關(guān)鍵的一步。
作者采用的規(guī)則是：將具有相同性質(zhì)，包括相同外部性質(zhì)和內(nèi)部處理能力的對象歸為一類作為最低層次，然后采用自下而上逐步抽象的方法，將具有共性的類的公共性質(zhì)再并人一個相對于被抽取共性的類的基類中；被抽取共性的類便為導出類，抽取成形的類為基類。如此類推，不斷產(chǎn)生更多的基類，最終建立了類的層次結(jié)構(gòu)。在對所有梯形圖元件進行共性抽象之前，做了如下處理：
(1)梯形圖元件除元件自身信息外，還應包含其連接線的信息；
(2)把梯形圖的空格和水平連接線作為特殊元件；
(3)在梯形圖中，常開觸點、常閉觸點等元件有一個操作參數(shù)；定時器、計數(shù)器等元件有兩個操作參數(shù)；空格和水平連接線等元件沒有操作參數(shù)。為了對所有梯形圖元件進行共性的抽象表示，作者為每個元件設置了兩個操作參數(shù)。例如常開觸點只有一個操作參數(shù)時，另外一個操作參數(shù)設置為空。
拋開梯形圖的圖像表象，梯形圖中每個元件包含的共同屬性如圖1所示。元件基類定義元件的所在位置、持久化和事件處理等操作，其定義描述如下：
圖1基類元件的共同屬性
(1)標識信息：元件唯一的功，類型及元件的操作參數(shù)；
(2)位置信息：元件的頂點位置、長度等；
(3)繪制行為：繪制元件圖符，繪制元件包含的線型；
(4)命中測試行為：鼠標的位置是否命中圖元以及具體部位；
(5)持久化行為：存盤和讀取。
梯形圖元件基類的關(guān)鍵代碼如下：
4 結(jié)束語
以整體設計為基礎(chǔ)，有了元件基類，就可以以其為父類，根據(jù)每個元件的不同特性，為每個元件設計一個子類。作者把各元件類以相應的英文單詞來命名，如常開觸點類(Normally Open Contact)命名為CContactNO。每一種元件都在該程序的工程組當中單列一個單元，并把相應元件類的定義寫進去，為編輯器的具體實現(xiàn)打下基礎(chǔ)。
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本文標題：基于Windows的華中數(shù)控世紀星數(shù)控系統(tǒng)PLC編程系統(tǒng)設計
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