[实用新型]机床数控中集中式和分布式控制混合的安全逻辑控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种机床数控系统中的I/O控制系统。 

背景技术

机床数控系统是数字化的机床控制系统，将描述刀具与工件相对运动的宏观运动指令转化为周期性的伺服系统控制指令；数控系统控制伺服实现驱动电机拖动下的机床进给轴运动来实现刀具与工件相对运动，实现加工工件。通常机床数控系统在运动控制功能外还拥有一套I/O控制系统，该系统管理包括各轴限位和原点、刀库、机床键盘以及电液气的开关控制等除伺服控制之外的所有工作，是机床能够安全稳定运行的关键，是数控系统的重要组成部分。 

数控机床的I/O控制系统随着技术的进步，经历了几代的发展。 

一、继电器逻辑系统 

早期的数控机床I/O逻辑控制独立于数控系统，完全由分离的继电器元件实现。如果把继电器通电吸合定为1，失电释放定为0，或者以其触点闭合为1，断开为0，便可用继电器组成各种逻辑门电路，起到逻辑控制的功能。 

1、非门电路 

继电器输入信号A＝1时，继电器K1吸合，触点K1-1断开，输出Y＝0；而当输入信号A＝O时，继电器K1释放，触点K1-1闭合，输出为1。用继电器组成的非门电路如图1“继电器组成的非门电路”所示。 

2、与门电路 

当继电器输入信号A＝1，B＝1，C＝1时，继电器K1、K2和K3均吸合，其对应的触点K1-1、K1-2，和K1-3全部闭合，输出Y＝1；若其中有一个或一个以上输入信号为0，则触点将切断正电源回路，输出为0。用继电器组成的与门逻辑如图2“继电器组成的与门电路”所示。 

3、或门电路 

将继电器的常开触点并联，即可得到或逻辑。只要其中有一个继电器通电(A＝1，或B＝1，或C＝1)，所对应的触点便会闭合，输出Y＝1。用继电器组成的或门电路如图3“继电器组成的或门电路”所示。 

二、工业PLC系统 

如图4所示，工业PLC系统通常由逻辑运算处理核心模块CPU和外围I/O 模块组成，CPU负责I/O的采集、逻辑运算和输出，I/O模块仅作为信号的物理输入输出接口。 

使用工业PLC进行多点集中控制，优点是技术成熟，稳定性好，控制效率高，缺点是不易与数控系统对接，与数控系统的协同工作比较困难，常常加大系统的设计复杂程度，从而带来其他的不稳定因素。 

三、软PLC系统 

如图5所示，软PLC系统一般采用通用计算机加拓展I/O的硬件结构，核心控制运算在计算机上完成，并且通常集成在数控系统中，明显的优势就是克服了继电器逻辑系统和PLC系统的孤立性，将I/O控制功能集成于主系统下，使得能够很好的和其他组件协同工作，虽然不如硬PLC系统的高可靠性，但在软硬件技术水平不断提高的今天，软PLC系统的稳定性和控制效率也在不断提高。 

软PLC系统按照硬件结构分为集中和分散两种结构。集中结构即所有拓展I/O节点相对集中，基本上是插在主控计算机主板上的I/O板卡，因而集中供电，通过主控计算机内部总线直接接入处理器，由软件直接控制。分散结构即其I/O节点(输入/输出节点)分散到机床的各个部分，由串行通讯接口接入主控计算机，通讯的内容是I/O节点信息；来自输入节点的信息汇总到主控计算机后，仍然由主控计算机实现控制逻辑运算，并通过串行通讯接口，将控制结果发送到输出节点，实现控制行为。 

集中结构优点在于直接与处理器交互，实时性好，但外围I/O节点受计算机接口限制，不易拓展且距控制现场较远，可能造成原始输入信息和最终输出信息的损失，并且增加布线成本。分散结构的优点是节省布线成本，缺点是通讯环节造成系统的延迟，降低了系统的实时性。集中结构和分散结构虽然硬件组织结构不同但其控制方式是相同的，即逻辑运算的处理核心均来自主控计算机。 

发明内容

无论软硬PLC系统都有一个致命的问题，就是控制运算集中，一旦控制核心发生故障，整个系统就会瘫痪。本发明为克服上述缺陷提供了一种机床数控系统，其所实现的方法能够保证控制运算核心瘫痪的情况下，数控机床的轴限位、急停等安全开关仍能正常工作，并且能够在局部显著提高逻辑控制效率。本发明提供的一种机床数控系统，所实现的I/O控制方法，能够提高机床的I/O控制效率，大大减少控制响应时间，并且使数控机床的控制安全性和稳定性得到显著提升。