基于PMAC的矩陣鍵盤在數(shù)控機床控制面板上的應用與研究

梅洋， 孫奇涵， 鄧三鵬， 曹川川， 周彧

（1.天津職業(yè)技術師范大學機電工程研究所，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運動控制器是由Delta Tau公司設計制造的低成本、高精度多軸運動控制器，是工業(yè)領域最常用的運動控制器之一，廣泛應用于各數(shù)控系統(tǒng)中［1］。無論是何種數(shù)控系統(tǒng)，機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)進行人機交互的工具。PMAC運動控制器內(nèi)置PLC的I/O點都是由軟件來控制的，只要使用一個類似高級程序中的指針變量指向某一個I/O地址，就可以方便地在運動程序和PLC程序中通過指針變量來對該I/O點進行輸入或輸出控制［2］。同時該PLC具有強大的邏輯功能判斷能力，可編制復雜的邏輯關系［2］。因為數(shù)控機床控制面板中有大量的按鍵，而且都是開關量，需要對這些開關量信號進行實時處理，為了節(jié)省PMAC運動控制器的I/O點而采用行（列）掃描法對按鍵進行識別。

1 矩陣鍵盤工作原理

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

圖1 矩陣鍵盤的原理圖

首先,判斷整個鍵盤上有無鍵按下［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,則無鍵按下,不全為1則有鍵按下［3］。其次,若有鍵按下則進行逐列掃描，方法是：依次將列線送低電平0,檢查對應行線的狀態(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鍵［3］。最后，確定鍵值，并進入鍵處理程序［3］。

2 矩陣鍵盤硬件設計

DTC-32 IN和DTC-32 OUT是由Delta Tau（中國）設計的32位通用數(shù)字輸入和輸出板，為用戶提供32個光電隔離的通用數(shù)字輸入點和輸出點，該板卡通過clipper的復用端口連接［1］。

當有外部變量輸入時，將實際字變量的值實時復制給映像字變量，這樣PMAC卡能實時通過映像字變量讀到DTC-32 IN輸入點的信號。當有變量輸出時，將映像字變量的值實時復制給實際的字變量，這樣PMAC卡能實時通過映像字變量寫到DTC-32 OUT輸出點的信號。

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分別對應輸入和輸出端口物理地址，由PMAC系統(tǒng)即時刷新端口狀態(tài)［4］；M7840和M7841為對應的映象變量，并指向PMAC固定存儲器，以便在上電或復位時自動清零［4］。把緩沖器字節(jié)分解成位，并由M變量直接進行位操作，方便了對端口各位的獨立操作［4］。

3 矩陣鍵盤軟件設計

根據(jù)矩陣鍵盤的工作原理，用一個M變量指向DTC-32 IN的八位寄存器地址，一次讀取8個輸入點的值，然后根據(jù)這8個點的值，去判斷該執(zhí)行哪條指令；用一個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。

機床控制面板上每個按鈕的功能各不相同，現(xiàn)在以常見按鈕功能進行介紹，并給出其關鍵程序代碼。手動方式時，按下X+按鈕，X軸電機便向X正方向運動，當抬起X+按鈕，X軸停止運動［2］；按下快速按鈕，可控制手動運動為手動快速進給。快速按鈕是帶自鎖的鍵，多次按下時，會在開關狀態(tài)中切換，鍵上的指示燈滅時，表示手動快速開關關閉，鍵上的指示燈亮時，表示手動快速開關打開。當手動快速開關打開時，手動進給變?yōu)槭謩涌焖龠M給，實際進給速度與快速倍率有關，快速倍率分為4檔，可通過按 X1，X25，X50，X100，4 個鍵進行選擇。其關鍵程序如下所示：

波段旋鈕是機床控制面板必不可少的器件，主軸修調(diào)和進給率及進給修調(diào)都需用到波段旋鈕。當主軸波段開關旋到對應刻度時，主軸將按設定值乘以對應百分數(shù)執(zhí)行動作［6］。當進給軸波段開關旋到對應刻度時，各進給軸將按設定值乘以對應百分數(shù)執(zhí)行進給動作［6］。其關鍵程序如下所示：

4 結(jié)論

研發(fā)了一種基于PMAC運動控制器構(gòu)成的開放式數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)矩陣鍵盤工作原理，對機床控制面板控制系統(tǒng)進行了分析研究。該控制方法簡單，具有可移植性，極大地節(jié)省PMAC運動控制器的I/O點，降低成本。編制的的控制程序已在VNCZT-545加工中心上應用。

［1］ Delta Tau Clipper多軸運動控制卡［EB/OL］.http：//www.cntrades.com/b2b/jixie0406/sell/itemid-24806557.html.

［2］ 吳奎.龍門式精密運動平臺的滑模控制算法研究與實現(xiàn)［D］.廣州：廣東工業(yè)大學，2012.

［3］ 楊芷，禹恒洲，魯五一.基于S7-200PLC的矩陣式鍵盤設計［J］.工業(yè)控制計算機，2006（10）：62-65.

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

［5］ 錢俊晗.基于PMAC的開放式數(shù)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［D］.南京：東南大學，2008：37-39.

［6］ 數(shù)控實訓指導書 V1.1［EB/OL］.http：//www.doc88.com/p-8169042914945.html.