多通道数控系统及其多通道控制方法

摘要

本发明公开了一种多通道数控系统及其多通道控制方法，该方法包括：步骤1，在数控系统中存储多个PLC逻辑控制模块，为每个该PLC逻辑控制模块分别设置一数据映射区；步骤2，利用该显示系统获取一通道配置参数，该通道配置参数包括一激活通道数，该管理系统调用与该激活通道数相对应的数量的该PLC逻辑控制模块，以激活多个通道；步骤3，该管理系统实时的将每个通道的控制数据发送至该通道的数据映射区，以供该多通道PLC系统进行执行。本发明可避免多通道的逻辑处理的相互干扰。还以简化PLC逻辑控制模块的设计难度。本发明还可实现通道间的调用和同步，保证加工过程顺利进行。

说明书

技术领域

本发明涉及数控系统领域，特别是涉及一种多通道数控系统及其多通道控 制方法。

背景技术

当今，采用复合机床进行加工，减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助 时间以及中间过程中产生的误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期， 提高了生产效率和制造商的市场反应能力，相对于传统的工序分散的生产方法 具有明显的优势。随着复合加工的技术广泛应用，复合机床随之得到推广。

为了适应复合数控机床在实际中的应用，出现了支持多通道的数控系统。 数控系统能够分别在不同的通道控制不同的加工，使得数控机床的功能得到了 有效的发挥。另一方面，具有多通道功能的数控系统能够由一台数控系统同时 控制多台机床，这不仅使得多台数控机床的操作能够由一个人完成，而且能够 通过通道的控制将多台机床有效地进行配合，提高加工效率。目前，由于一个 数控系统只具有一套机床操作面板，这使得多通道数控系统在实际应用中对于 不同通道的操作问题显现出来；同时，随着通道数的增加，数控系统的配置更 加复杂。这些不论对系统操作者和系统的设计和维护者都是一种挑战。所以， 一种简便地解决多通道控制的方法能够帮助数控系统的设计、使用和维护者提 高系统使用的便利性和使用效率。

目前国内市场上的数控系统多通道控制能力较弱，主要是多通道配置，多 通道PLC和机床操作面板控制等方面存在问题，还不能满足用户的需求。

发明内容

本发明解决的技术问题在于，提供一种简便的实现数控系统的多通道控制 的方法。

更进一步的，提高不同通道之间的数据安全性，保证每个通道的相对独立 性。

更进一步的，简化PLC逻辑控制软件的设计。

更进一步的，实现多通道控制对机床操作面板的控制。

更进一步的，实现通道间的调用和同步。

本发明公开了一种数控系统的多通道控制方法，该数控系统包括显示系 统、管理系统以及多通道PLC系统，该方法包括：

步骤1，在数控系统中存储多个PLC逻辑控制模块，为每个该PLC逻辑控 制模块分别设置一数据映射区；

步骤2，利用该显示系统获取一通道配置参数，该通道配置参数包括一激 活通道数，该管理系统调用与该激活通道数相对应的数量的该PLC逻辑控制模 块，以激活多个通道；

步骤3，该管理系统实时的将每个通道的控制数据发送至该通道的数据映 射区，以供该多通道PLC系统进行处理。

步骤2之后还包括：该多通道PLC系统识别出激活的该多个通道中当前运 行的通道，将对应该数控系统的操作面板的控制指令发送至识别出的该通道的 数据映射区，由该操作面板发出的控制指令也发送至同一数据映射区，以对该 操作面板进行控制。

该步骤3进一步包括：

如果通道的控制数据中包括调用其他通道的调用指令，当执行到该调用指 令时，该管理系统控制该多通道PLC系统启动该调用指令所对应的通道并执行 该对应的通道的控制数据；

如果通道的控制数据中包括等待指令，当执行到该等待指令时，该管理系 统控制该多通道PLC系统暂停对该通道的执行。

步骤3之后还包括：利用对该显示系统对该PLC逻辑控制模块进行编辑、 替换、增加或删除。

本发明还公开了一种多通道数控系统，该多通道数控系统包括显示系统、 管理系统、存储系统以及多通道PLC系统；

该显示系统用于获取一通道配置参数，该通道配置参数包括一激活通道 数；

该存储系统存储多个PLC逻辑控制模块；

该多通道PLC系统为每个该PLC逻辑控制模块分别设置一数据映射区；

其中，该管理系统调用与该激活通道数相对应的数量的该PLC逻辑控制模 块，以激活多个通道，并实时将每个通道的控制数据发送至该通道的数据映射 区，以供该多通道PLC系统进行处理。

该多通道PLC系统还用于识别出激活的该多个通道中当前运行的通道，将 对应该数控系统的操作面板的控制指令发送至识别出的该通道的数据映射区， 由该操作面板发出的控制指令也发送至同一数据映射区，以对该操作面板进行 控制。

对该显示系统还用于对该PLC逻辑控制模块进行编辑、替换、增加或删除。

该管理系统还包括主控制器、解释器、刀补单元、前瞻控制单元和命令队 列单元。

如果通道的控制数据中包括调用其他通道的调用指令，当执行到该调用指 令时，该管理系统控制该多通道PLC系统启动该调用指令所对应的通道并执行 该对应的通道的控制数据；如果通道的控制数据中包括等待指令，当执行到该 等待指令时，该管理系统控制该多通道PLC系统暂停对该通道的执行。

本发明以简便的方式实现了数控系统的多通道控制。本发明可避免多通道 的逻辑处理的相互干扰，以确保每个通道在处理过程中的数据完整性和正确 性，保证逻辑控制的安全性。还以简化PLC逻辑控制模块的设计难度，使得各 个通道的逻辑可以分别进行设计。另外，本发明使得多通道控制方式与机床操 作面板的现有运行方式实现了兼容。便于用户利用机床操作面板进行加工过程 的控制。本发明还可实现通道间的调用和同步，保证加工过程顺利进行。

附图说明

图1所示为本发明的多通道数控系统的结构示意图；

图2所示为本发明的多通道数控系统的详细结构示意图；

图3所示为本发明的多通道数控系统的连接关系示意图；

图4所示为本发明的数控系统的多通道控制方法流程图。

具体实施方式

请参阅图1所示为本发明的多通道数控系统的结构示意图。

本发明的多通道数控系统100包括显示系统11、管理系统12、多通道PLC 系统13、运动控制系统14、伺服系统15、外部I/O16和机床操作面板17。

其中，管理系统12、多通道PLC系统13、运动控制系统14组成了数控系 统内核。该管理系统12、多通道PLC系统13、运动控制系统14可以分开设置， 也可以共同设置于一数控系统内核计算机中。管理系统12是多通道控制的核 心，该管理系统12可为一NCU单元。该显示系统11为一NCP单元。具体的， 显示系统11可设置于一显示计算机中。该显示系统11具体包括显示处理器、 显示器及配套的按键等输入装置，以提供一人机界面。因此，利用该显示系统 11可获取输入数据作为执行命令。显示计算机通过一网络与数控系统内核计 算机连接，故而，该显示系统11可向管理系统12输送该输入数据。

请参阅图2所示，管理系统12包括主控制器121、解释器122、刀补单元 123、前瞻控制单元124、命令队列单元125，管理系统用于控制机床的零件加 工。该运动控制系统14配合该多通道PLC系统13，在管理系统12的控制下 依据不同零件加工程序，共同完成零件加工任务。

该运动控制系统14用于对外部设备进行运动控制，特别是包括与外部设 备相适应的驱动模块，例如伺服驱动器。该运动控制系统14根据通道的零件 加工程序驱动该伺服系统15执行零件加工任务，进而进行机床的运动控制和 轴控制。

而多通道PLC系统13用于机床在加工过程中的逻辑控制。该多通道PLC 系统13实时接收该管理系统12发送的逻辑执行命令并进行执行处理，再将结 果发送给管理系统12。在一实施例中，多通道PLC系统13可设置于NCU单元 的内部，请参阅图3所示。

多通道PLC系统13与该机床操作面板17连接，向该机床操作面板17发 送逻辑执行命令，并接收用户通过该机床操作面板17输入的控制指令。多通 道PLC系统13还通过外部I/O16发出输出信息和接收输入信息。

为了实现多通道控制目的，本发明的多通道数控系统100预先存储有多个 PLC逻辑控制模块，例如存储在该数控系统内核计算机的存储器中。每个PLC 逻辑控制模块包括用于建立管理系统与机床之间一个通道的所有控制指令以 及相关信息。每个该PLC逻辑控制模块可为一段PLC逻辑控制程序。预先存储 的该PLC逻辑控制模块的个数，就是本发明的多通道数控系统100能够支持的 最大通道数。也就是说，多通道数控系统100存储的PLC逻辑控制模块越多， 其能够支持的通道数越多。

多通道PLC系统13具有独立的数据存储单元，且多通道PLC系统13预先 为所存储的每个PLC逻辑控制模块在该数据存储单元中设置一对应的数据映 射区，每个通道的数据存储在其各自的数据映射区中，以用于对每个通道的数 据进行相互隔离的存储和处理，避免多通道的逻辑处理的相互干扰，以确保每 个通道在处理过程中的数据完整性和正确性，保证逻辑控制的安全性。

在进行零件加工时，多通道数控系统100的管理系统12同时控制多台机 床或工位的所有通道，并将相应的逻辑执行命令发送到不同的通道。

具体的，多通道PLC系统13与管理系统12进行各通道的逻辑执行命令的 实时交换，管理系统12再与运动控制系统14进行各通道的逻辑执行命令的实 时交换，从而实现多通道PLC系统13与该运动控制系统14的实时数据交换， 保证多通道PLC系统13与该运动控制系统14对同一通道相互协同的实现机床 加工过程。

管理系统12通过运行一预先设置的系统配置文件以调用该PLC逻辑控制 模块。具体的，利用该显示系统获取一通道配置参数，该通道配置参数包括一 激活通道数，该激活通道数需小于该最大通道数。也就是说，用户可在不超出 该最大通道数的范围，自由选择需要激活的通道数。

当管理系统12收到该通道配置参数时，该管理系统通过运行该系统配置 文件而调用与该激活通道数相对应的数量的该PLC逻辑控制模块，以激活用户 所指定的，特定个数的通道。当用户需要改变该多通道数控系统100所支持的 通道数时，只需要重新启动并重新读取所需个数的PLC逻辑控制模块。可见， 本发明使实现改变通道数更加简单快捷。

在激活多个通道后，各通道执行各自的加工任务，每个通道周期性的调用 管理系统12中的解释器122以分析各通道对应的零件加工程序，利用刀补单 元123处理各通道各自的刀补，利用前瞻控制单元124对程序进行各自通道的 前瞻控制，进而将处理结果转化为各个通道的对运动控制系统14和多通道PLC 系统13的逻辑执行命令存放在命令队列单元125。

并且该管理系统12还实时的将对应每个通道的逻辑执行命令发送至与该 通道对应的数据映射区，以供该多通道PLC系统13进行执行处理。该多通道 PLC系统13将配合管理系统12和运动控制系统14，依照当前激活的通道数， 分别对每个通道的逻辑执行命令进行调度加工，从而实现多通道的运行。

上述为管理系统12对多通道进行自动控制的实现方式，当需要手动控制 该多通道数控系统时，用户将通过该机床操作面板实现手动控制。而多通道数 控系统100仅包含一个机床操作面板17，该机床操作面板17仅能对一个通道 有效进而发出或接收指令，特别是仅能对当前运行着的通道有效。

多个通道虽然同时被激活，但是，多个通道根据管理系统12的控制而轮 流处于运行状态。

为了实现对机床操作面板17的控制，多通道PLC系统13首先识别出当前 运行通道的特定通道号。进而，多通道PLC系统13将需要发送至该机床操作 面板17的逻辑执行命令仅发送至该特定通道号所对应的数据映射区，供机床 操作面板17读取。该机床操作面板17也将需要输入至多通道PLC系统13的 控制指令发送至该特定通道号所对应的数据映射区，供多通道PLC系统13处 理并发送至管理系统12，以便于管理系统12根据机床操作面板17输入的控 制指令进行处理后发出后续逻辑执行命令。由此，使得多通道控制方式与机床 操作面板17的现有运行方式实现了兼容。便于用户利用机床操作面板17进行 加工过程的控制。

另外，由于本发明通过PLC逻辑控制模块来激活通道，故而，在需要对各 个通道进行升级维护时，本发明可直接通过修改或替换PLC逻辑控制模块的方 式，对各通道的PLC逻辑控制模块进行编辑，以方便系统调试人员进行系统维 护。特别是，可以利用该显示系统对该PLC逻辑控制模块进行编辑、替换、增 加或删除，以简化PLC逻辑控制模块的设计难度，使得各个通道的逻辑可以分 别进行设计。

并且，在多通道数控系统中，通道之间的相互调用与同步具有重要的意义， 便于各个通道协同实现机床的零件加工。当各通道执行到调用其他通道的辅助 指令时，管理系统将相应的命令发送至该多通道PLC系统，则多通道PLC系统 将调用与辅助指令对应的通道，从而实现不同通道之间的调用。利用这种机制 能够实现通道间的同步。

例如，假设当前执行的有两个通道：通道1和通道2。如果通道1的控制 数据中包括调用通道2的调用指令，则当多通道PLC系统执行通道1的控制数 据执行至该调用指令时，管理系统会控制该多通道PLC系统启动该通道2，并 且，该多通道PLC系统将执行该通道2的控制数据。当然，该多通道PLC系统 也同时执行该通道1的控制数据。实现了两个通道之间的同步。如果通道1 的控制数据中包括等待指令，当多通道PLC系统执行通道1的控制数据执行至 该等待指令时，管理系统会控制该多通道PLC系统暂停执行通道1的控制数据， 便于零件加工的工艺流程的实现。当然，该通道1可等待其他通道的调用，从 而恢复执行。则当通道2的控制数据执行至调用通道1的调用指令时，管理系 统会控制该多通道PLC系统启动该通道1，并且，该多通道PLC系统将执行该 通道1的控制数据，从而实现两个通道间的同步。上述方案能够实现任意通道 之间的调用同步等协同操作，以便于实施各不相同的工艺流程。

基于以上多通道数控系统，本发明还包括一种数控系统的多通道控制方 法，参阅图4所示，该方法包括：

步骤1，在数控系统中存储多个PLC逻辑控制模块，为每个该PLC逻辑控 制模块分别设置一数据映射区；

步骤2，利用该显示系统获取一通道配置参数，该通道配置参数包括一激 活通道数，该管理系统调用与该激活通道数相对应的数量的该PLC逻辑控制模 块，以激活多个通道；

步骤3，该管理系统实时的将每个通道的控制数据发送至该通道的数据映 射区，以供该多通道PLC系统进行处理。

步骤2之后还包括：该多通道PLC系统识别出激活的该多个通道中当前运 行的通道，将对应该数控系统的操作面板的控制指令发送至识别出的该通道的 数据映射区，由该操作面板发出的控制指令也发送至同一数据映射区，以对该 操作面板进行控制。

步骤3之后还包括：利用对该显示系统对该PLC逻辑控制模块进行编辑、 替换、增加或删除。

该步骤3进一步包括：

如果通道的控制数据中包括调用其他通道的调用指令，当执行到该调用指 令时，该管理系统控制该多通道PLC系统启动该调用指令所对应的通道并执行 该对应的通道的控制数据；

如果通道的控制数据中包括等待指令，当执行到该等待指令时，该管理系 统控制该多通道PLC系统暂停对该通道的执行。

本发明以简便的方式实现了数控系统的多通道控制。本发明可避免多通道 的逻辑处理的相互干扰，以确保每个通道在处理过程中的数据完整性和正确 性，保证逻辑控制的安全性。还以简化PLC逻辑控制模块的设计难度，使得各 个通道的逻辑可以分别进行设计。另外，本发明使得多通道控制方式与机床操 作面板的现有运行方式实现了兼容。便于用户利用机床操作面板进行加工过程 的控制。本发明还可实现通道间的调用和同步，保证加工过程顺利进行。