基于PMAC的矩陣鍵盤(pán)在數(shù)控機(jī)床控制面板上的應(yīng)用與研究

梅洋， 孫奇涵， 鄧三鵬， 曹川川， 周彧

（1.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程研究所，天津300222；2.天津創(chuàng)智數(shù)控科技有限公司，天津300222）

0 引言

PMAC運(yùn)動(dòng)控制器是由Delta Tau公司設(shè)計(jì)制造的低成本、高精度多軸運(yùn)動(dòng)控制器，是工業(yè)領(lǐng)域最常用的運(yùn)動(dòng)控制器之一，廣泛應(yīng)用于各數(shù)控系統(tǒng)中［1］。無(wú)論是何種數(shù)控系統(tǒng)，機(jī)床控制面板都是必不可少的組成部件，是操作人員與數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)交互的工具。PMAC運(yùn)動(dòng)控制器內(nèi)置PLC的I/O點(diǎn)都是由軟件來(lái)控制的，只要使用一個(gè)類似高級(jí)程序中的指針變量指向某一個(gè)I/O地址，就可以方便地在運(yùn)動(dòng)程序和PLC程序中通過(guò)指針變量來(lái)對(duì)該I/O點(diǎn)進(jìn)行輸入或輸出控制［2］。同時(shí)該P(yáng)LC具有強(qiáng)大的邏輯功能判斷能力，可編制復(fù)雜的邏輯關(guān)系［2］。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床控制面板中有大量的按鍵，而且都是開(kāi)關(guān)量，需要對(duì)這些開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，為了節(jié)省PMAC運(yùn)動(dòng)控制器的I/O點(diǎn)而采用行（列）掃描法對(duì)按鍵進(jìn)行識(shí)別。

1 矩陣鍵盤(pán)工作原理

矩陣鍵盤(pán)又名行列式鍵盤(pán)，它是用帶I/O口的線組成行列結(jié)構(gòu)，再把按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。例如用5×6的行列式結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成30個(gè)鍵的鍵盤(pán)。當(dāng)按鍵數(shù)量按照平方增長(zhǎng)時(shí)，I/O口只是線性增長(zhǎng)，從而節(jié)省I/O口。矩陣鍵盤(pán)的原理圖如圖1所示。

圖1 矩陣鍵盤(pán)的原理圖

首先,判斷整個(gè)鍵盤(pán)上有無(wú)鍵按下［3］，方法是：將列全輸出為0,然后讀入行的狀態(tài),如果行讀入的狀態(tài)全為1,則無(wú)鍵按下,不全為1則有鍵按下［3］。其次,若有鍵按下則進(jìn)行逐列掃描，方法是：依次將列線送低電平0,檢查對(duì)應(yīng)行線的狀態(tài)［3］；若行線全為1,則按鍵不在此列［3］；若不全為1，則按鍵必在此列，且是與0電平行線相交的那個(gè)鍵［3］。最后，確定鍵值，并進(jìn)入鍵處理程序［3］。

2 矩陣鍵盤(pán)硬件設(shè)計(jì)

DTC-32 IN和DTC-32 OUT是由Delta Tau（中國(guó)）設(shè)計(jì)的32位通用數(shù)字輸入和輸出板，為用戶提供32個(gè)光電隔離的通用數(shù)字輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)，該板卡通過(guò)clipper的復(fù)用端口連接［1］。

當(dāng)有外部變量輸入時(shí)，將實(shí)際字變量的值實(shí)時(shí)復(fù)制給映像字變量，這樣PMAC卡能實(shí)時(shí)通過(guò)映像字變量讀到DTC-32 IN輸入點(diǎn)的信號(hào)。當(dāng)有變量輸出時(shí)，將映像字變量的值實(shí)時(shí)復(fù)制給實(shí)際的字變量，這樣PMAC卡能實(shí)時(shí)通過(guò)映像字變量寫(xiě)到DTC-32 OUT輸出點(diǎn)的信號(hào)。

在配置了DTC-32 IN和DTC-32 OUT端子板的PMAC 系統(tǒng)中，程序格式如下［4］：

上述定義中，M7842和M7843分別對(duì)應(yīng)輸入和輸出端口物理地址，由PMAC系統(tǒng)即時(shí)刷新端口狀態(tài)［4］；M7840和M7841為對(duì)應(yīng)的映象變量，并指向PMAC固定存儲(chǔ)器，以便在上電或復(fù)位時(shí)自動(dòng)清零［4］。把緩沖器字節(jié)分解成位，并由M變量直接進(jìn)行位操作，方便了對(duì)端口各位的獨(dú)立操作［4］。

3 矩陣鍵盤(pán)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)矩陣鍵盤(pán)的工作原理，用一個(gè)M變量指向DTC-32 IN的八位寄存器地址，一次讀取8個(gè)輸入點(diǎn)的值，然后根據(jù)這8個(gè)點(diǎn)的值，去判斷該執(zhí)行哪條指令；用一個(gè)M變量指向DTC-32 OUT的八位寄存器地址，依次輸出低電平，判斷哪個(gè)按鍵按下。M1000和M1001分別指向M7824-M7831和M7824-M7831的地址，M的地址是連續(xù)的。

機(jī)床控制面板上每個(gè)按鈕的功能各不相同，現(xiàn)在以常見(jiàn)按鈕功能進(jìn)行介紹，并給出其關(guān)鍵程序代碼。手動(dòng)方式時(shí)，按下X+按鈕，X軸電機(jī)便向X正方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)抬起X+按鈕，X軸停止運(yùn)動(dòng)［2］；按下快速按鈕，可控制手動(dòng)運(yùn)動(dòng)為手動(dòng)快速進(jìn)給。快速按鈕是帶自鎖的鍵，多次按下時(shí)，會(huì)在開(kāi)關(guān)狀態(tài)中切換，鍵上的指示燈滅時(shí)，表示手動(dòng)快速開(kāi)關(guān)關(guān)閉，鍵上的指示燈亮?xí)r，表示手動(dòng)快速開(kāi)關(guān)打開(kāi)。當(dāng)手動(dòng)快速開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，手動(dòng)進(jìn)給變?yōu)槭謩?dòng)快速進(jìn)給，實(shí)際進(jìn)給速度與快速倍率有關(guān)，快速倍率分為4檔，可通過(guò)按 X1，X25，X50，X100，4 個(gè)鍵進(jìn)行選擇。其關(guān)鍵程序如下所示：

波段旋鈕是機(jī)床控制面板必不可少的器件，主軸修調(diào)和進(jìn)給率及進(jìn)給修調(diào)都需用到波段旋鈕。當(dāng)主軸波段開(kāi)關(guān)旋到對(duì)應(yīng)刻度時(shí)，主軸將按設(shè)定值乘以對(duì)應(yīng)百分?jǐn)?shù)執(zhí)行動(dòng)作［6］。當(dāng)進(jìn)給軸波段開(kāi)關(guān)旋到對(duì)應(yīng)刻度時(shí)，各進(jìn)給軸將按設(shè)定值乘以對(duì)應(yīng)百分?jǐn)?shù)執(zhí)行進(jìn)給動(dòng)作［6］。其關(guān)鍵程序如下所示：

4 結(jié)論

研發(fā)了一種基于PMAC運(yùn)動(dòng)控制器構(gòu)成的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)矩陣鍵盤(pán)工作原理，對(duì)機(jī)床控制面板控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析研究。該控制方法簡(jiǎn)單，具有可移植性，極大地節(jié)省PMAC運(yùn)動(dòng)控制器的I/O點(diǎn)，降低成本。編制的的控制程序已在VNCZT-545加工中心上應(yīng)用。

［1］ Delta Tau Clipper多軸運(yùn)動(dòng)控制卡［EB/OL］.http：//www.cntrades.com/b2b/jixie0406/sell/itemid-24806557.html.

［2］ 吳奎.龍門(mén)式精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的滑?？刂扑惴ㄑ芯颗c實(shí)現(xiàn)［D］.廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2012.

［3］ 楊芷，禹恒洲，魯五一.基于S7-200PLC的矩陣式鍵盤(pán)設(shè)計(jì)［J］.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2006（10）：62-65.

［4］ 牛志剛,張建民,孫宏昌.構(gòu)建PMAC數(shù)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方法［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2005（11）：37-39.

［5］ 錢(qián)俊晗.基于PMAC的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.南京：東南大學(xué)，2008：37-39.

［6］ 數(shù)控實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書(shū) V1.1［EB/OL］.http：//www.doc88.com/p-8169042914945.html.