摘 要：本文对数控机床操作面板与PMC系统之间的通信方式进行了研究。详细分析了点对点式、矩阵式通信的优、缺点，设计了编码式通信结构，并给出了其通信结构框图。经实践证明，编码式通信方式具有经济性、实时性和高可靠性。

　　关键字：操作面板;PMC;点对点式通信;矩阵式通信;编码式通信

　　引言

　　操作面板在数控机床中得到了广泛的应用，如数控加工中心、数控铣床、数控车床、数控钻床等。众多学者对操作面板进行了研究[1-7]，主要研究对象集中在操作面板外观[1-2]、操作面板的软硬件设计[3-5]及操作面板与异型CPU之间的串行通信[6-7]。本文要研究的内容是机床操作面板与数控系统PMC之间的通信方式。早期的操作面板将功能按键(或开关)状态直接发送到数控机床PMC侧I/O板的输入点上，需要在面板上显示的状态信息也是直接经过PMC侧的I/O板发送给面板，每个功能按键(开关)和状态指示信息分别对应一个输入点和一个输出点[8]，这种通信方式称为点对点式通信。很明显，当面板上的功能开关点数和状态指示灯数量增加时，数控机床PMC侧的I/O点数亦随之增加。虽然通过扩展I/O数量可以解决该问题，但是相应的将增加PMC扫描功能按键(开关)和状态指示灯的时间，同时I/O扩展所带来的费用将增加数控机床制造的成本。因此，研究一种经济、高速、准确、可靠的机床面板与PMC之间的通信方式对数控机床性能的改进和制造成本的降低具有重要的意义。

　　数控机床操作面板简介

　　机床操作面板的功能主要是功能键(开关)的识别和机床工作状态的显示。功能键直接控制机床动作及整个加工过程，一般有急停、模式选择、轴向选择、切削进给速率调整、主轴速率调整、主轴启停、程序循环启停及其它M、S、T功能等。M、S、T功能少则十几个，多则几十个。机床工作状态指示信号灯显示当前机床的工作状态，一般有各进给的原点指示灯、辅助功能执行状态灯、系统的预备刀具号指示及系统、油压、冷却报警指示信号等，大部分面板都靠LED和数码管完成显示功能。

　　操作面板与数控机床PMC通信方式

　　2.1 点对点式通信

　　点对点式通信是指操作面板上的每个功能键和每个状态指示灯分别对应PMC侧I/O卡的一个输入点位和一个输出点位。文献[8]在数控机床操作面板PMC控制中就是采用这种点对点式通信。显然，在操作面板上的功能键和状态指示灯较多时需要占用PMC I/O卡的数量较多、结构简单、机床设计和制造成本低，适合面板功能键和状态指示信息较少的操作面板通信。

　　2.2 矩阵式通信

　　在某些中高档数控机床中，同时拥有主轴、刀库、排屑机、工作灯、机械手、电动夹具、冷却液、自动门等装置。这些装置的动作都通过操作面板上的功能键进行控制，同时将机床的工作状态，如具体报警位置、刀具编号、工作模式、主轴速率状态及其他辅助功能状态显示在操作面板上，这就要求占用PMC侧I/O卡点位数量较多，增加机床制造成本。矩阵式通信就是为解决PMC侧I/O资源有限而产生的一种通信方式，有效的降低了机床制造成本。

　　矩阵式通信就是将功能键和状态指示灯分别以行-列式排列，PMC以动态扫描的方式读取功能键的状态和输出指示灯的状态。对于一个具有48个功能键和64个指示灯的操作面板，PMC侧可采用20个输出点和8个输入点的方式完成，而采用点对点式通信则需要48个输入点和64个输出点才能完成。矩阵式通信节约了40个输入点和44个输出点，降低了I/O卡点位数量。与点对点式相比，结构相对复杂，机床设计和制造费用相差不大，适合面板功能键和指示信息一般复杂的操作面板。

　　2.3 编码式通信

　　编码式通信操作面板上安置了智能处理单元[3，6-7]，主要负责功能键的扫描和机床工作状态的显示，进一步降低了操作面板对PMC侧I/O点位数量的要求。智能处理单元将操作面板的功能按键(开关)根据轻重缓急进行分类定级，每一级别的功能键(开关)依次从1至N进行编码;同理，在数控系统PMC亦将机床状态信息进行分类定级和编码。因此，PMC和操作面板传输的数据由级别信息、功能键(开关)编码值和校验和组成。

　　图1为编码式通信示意图。操作面板上功能键状态发生变化时，智能处理单元向PMC发出中断申请信号和面板的状态信息，在PMC查询到该中断申请后，读取智能处理单元发送来的数据并进行和校验，在校验成功后将收到的信息返还给操作面板智能处理单元，智能处理单元将PMC返还的信息与自己发出的信息比较，比较结果相同则清除申请信号和信息数据，表示数据发送成功;否则，在一定的时间内(例如3ms)没有收到返回数据，发出报警信息。同理，PMC在控制机床运行的同时，以同样的通信方式与面板智能处理单元进行通信。

　　PMC处理单元

　　操作面板智能处理单元

　　状态指示

　　功能键

　　图1 编码式通信示意图

　　可见，编码式通信对PMC侧I/O数量的需求更少，虽然操作面板在硬件和软件结构上较为复杂，但是操作面板上增加了智能处理单元，对操作面板的变化具有极高的适应性，适合面板功能键和指示信息比较复杂的操作面板。

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