深入解析PMC工作原理

1.PMC基本特点

PMC是可编程序机床控制器（Programmable Machine Controller）的简称，它与通用的可编程序控制器（Programmable Logic Controller，PLC）本质相同，但是，由于机床控制以开关量为主，因此，PMC的功能侧重于开关量的逻辑处理，其硬件结构较单一、指令系统也较简单和实用。

在CNC控制系统中，PMC作为机床的辅助控制器，其主要作用是处理坐标轴进给运动以外的辅助指令，协调CNC和机床的动作。例如，控制刀具或工作台的自动交换、冷却的开/关、主轴的起/停和正反转、夹具和自动上/下料等，此外，它还可通过CNC和PMC的接口信号，控制CNC加工程序、坐标轴运动的启/停、实现进给速度的调节等。

由于机床控制信号多为开关量输入/输出（简称DI/DO），且信号的规格、类型相对统一，因此，PMC一般不像通用PLC那样，有丰富的功能模块可供选择，其I/O模块规格少，硬件设计相对简单。但是，为了协调CNC和机床的动作，PMC有众多的CNC接口信号需要用户程序进行处理，故熟悉PMC和CNC间的内部信号，编制完整、正确的处理程序，是PMC程序设计所必须考虑的问题。

在硬件结构上，CNC所配套的PMC以集成式和模块式为主。

集成式PMC是中小型CNC控制系统的常见结构，此类PMC无独立的电源模块，PMC与CNC共用CPU，其DI/DO模块与CPU一般利用I/O总线链接，单个模块可连接的机床DI/DO点数多、规格少。集成式PMC可借助CNC的操作/显示面板，进行程序编辑、调试和监控，并具有固定地址的CNC/PMC内部接口信号，在指令系统上，往往设计有适合于CNC机床控制的特殊指令，如辅助指令译码、回转器计数、捷径选择等。

模块式PMC多用于大型、复杂CNC控制系统，其电源、中央处理器、输入/输出、通信等均有独立的模块，PMC结构与通用PLC无太大的区别，部分CNC系统有时直接配套通用PLC。模块式PMC与CNC间一般需要有专用的通信接口模块，以传送CNC的内部控制信号，而用于机床控制的各种组成模块则可由用户自由选择，其模块规格多、功能强、品种全，故可用于大型、复杂CNC机床或FMC的控制。

FS-0iD所配套的PMC为集成式结构，但由于PMC采用了网络控制技术，它可通过I/O-Link总线链接分布式I/O，此外，还可根据需要选配PROFIBUS-DP主站或从站模块，故也可构成简单的分布式PMC系统。

2.PMC等效电路

PMC的基本原理与通用PLC一致，对于开关量逻辑顺序控制，可用图8.1-1所示的等效继电器控制线路进行说明。在等效电路图中，PMC可分为输入电路、内部控制与输出电路三部分，其中，输入电路相当于PMC输入接口电路、输入采样过程；内部控制电路相当于PMC控制程序；输出电路相当于PMC输出接口电路、输出刷新过程，各部分的作用如下。

图8.1-1 PMC等效工作电路图

1）输入电路。等效输入电路由输入信号和输入继电器组成，输入继电器实际上只是PMC的输入状态寄存器（输入映像）。输入继电器与输入信号一一对应，当输入为“1”时，输入继电器线圈得电，内部控制电路中的输入接点闭合。由于输入映像可在PMC程序中无限次使用，因此，应认为等效电路中的输入继电器具有无限接点。此外，由于PMC正常工作时，一般不允许用户程序对输入赋值，故等效线路中的输入继电器只受输入信号的控制，内部控制电路只能使用接点。

2）输出电路。输出电路由输出接点和执行元件组成，每个输出接点与内部控制电路中的输出线圈（输出映像）一一对应，当输出线圈为“1”时，输出接点接通，但每一输出线圈对外只有一个用于外部执行元件驱动的常开接点。但是，由于PMC程序中输出映像可无限次使用，因此，等效输出线圈虽然对外只有一对常开接点，但在内部内部控制电路中却可无限次使用。

3）内部控制电路。内部控制电路相当于PMC用户程序，程序中的逻辑顺序控制可用普通继电器控制线路等效，定时、计数器可用时间继电器、计数器等效。程序中的内部继电器器，除不能用来驱动外部执行元件外，其余功能与输出继电器相同。但是，PMC程序中的应用指令一般不可以通过继电器控制等效电路描述。

综上所述，PMC用于开关量逻辑顺序控制时，可将PMC输入看作一个具有无限接点、但只能由输入信号驱动的继电器；将PMC输出看作一个具有无限接点、但只能有一对常开接点驱动执行元件的继电器；将PMC内部继电器看作一个具有无限接点、但不能驱动执行元件的继电器；将PMC用户程序看作继电器接点控制电路。

3.PMC工作过程

PMC的工作过程一般分图8.1-2所示的输入采样、程序处理、内部诊断、通信处理、输出刷新5步循环执行。

1）输入采样。输入采样（Reads the inputs）是PMC输入的集中批处理过程。在该阶段，CPU可一次性读取全部输入信号，并将输入状态保存到输入暂存器中。输入暂存器的状态称作输入映像，它将一直保持到下次输入采样来到。输入采样与输入端是否连接信号无关，即使输入没有使用，其状态同样被读入。(www.xing528.com)

2）程序处理。程序处理（Execute the Pro-gram）是执行用户程序的过程，在该阶段，CPU将根据输入映像及上一循环所生成的输出映像、内部继电器等状态，进行逻辑、算术运算和其他操作。程序处理按照控制命令在程序上的排列次序，从上到下依次进行；对于同一控制命令行，则按从左到右的顺序进行；全部控制命令处理完成后，其结果立即写入到输出状态寄存器中。PMC的输出状态寄存器可以是输出映像寄存器（输出线圈）、内部继电器、数据寄存器等，所更新的状态可立即被后续的指令使用，但是，在本循环中，除非再次对输出状态寄存器赋值，即使用“多重线圈”编程，否则，不能改变已写入了的状态。

图8.1-2 PMC工作过程

例如，对于图8.1-3所示的程序，在输入X0.1为“1”的第1循环阶段，由于原来X0.1为“0”时所生成的结果Y0.0、R0.2、Y0.1、Y0.2皆为“0”，故执行程序第1行后的结果是Y0.0=0，执行程序第2行后的结果是R0.2=1。R0.2=1的状态可立即生效，故执行第3行后，Y0.1将为“1”，但R0.2不能改变已生成的Y0.0状态，因此，第1循环的处理结果是Y0.1和R0.2为“1”；但Y0.0和Y0.2仍然为“0”，Y0.0和Y0.2的状态只能在第2循环改变。

图8.1-3 PMC程序处理

3）内部诊断。内部诊断（Perform the CPU Diagnostics）是CPU对硬件、模块安装、存储器及用户程序执行过程进行的检查与监控。如程序执行结果异常或因程序“死循环”等原因导致执行时间超过，CPU将进行停止循环执行、发出报警等处理。

4）通信处理。在通信处理（Process any Communications Request）阶段，CPU将检查外设通信请求，决定PMC是否需要通信。PMC通信处理时可接收输入数据，并将其存储到对应的存储器中；或者向外设发送数据，进行显示、打印等。

5）输出刷新。输出刷新（Writes to the outputs）是PMC输出集中批处理过程，在该阶段，CPU将把程序处理所得到的输出暂存器状态（输出映像）一次性输出到外部，控制执行元件动作。输出刷新是统一进行的，虽然在执行用户程序时，输出映像的状态可能会因“多重线圈”的使用而变化，但输出到外部的状态是全部程序执行完成后的最终结果，因此，它具有唯一的状态。

以上处理过程中的内部诊断、通信处理与用户程序执行无直接关联，因此，PMC程序的执行过程也可简单理解为图8.1-4所示的输入采样、执行程序、输出刷新3步进行。在输入采样阶段，PMC一次性读入全部输入信号，生成输入映像。然后，CPU根据所读入的输入映像及上一循环生成的内部继电器、数据寄存器、输出映像状态，进行逻辑处理，并随时将结果写入指定的寄存器中。用户程序处理完成后，PMC一次性将全部输出映像输出到PMC外部。

图8.1-4 PMC程序执行简图

4.PMC工作特点

PMC的输入/输出集中批处理和循环扫描方式的程序执行，是它和其他计算机控制装置的显著区别，这种工作方式具有如下特点。

1）不能处理高速输入/输出。从PMC程序的执行过程可见，PMC的输入采样、输出刷新存在1个PMC循环周期的时间间隔，它对于普通的输入/输出并不会有太大影响，但对于周期小于2倍PMC循环的高频脉冲信号，或者需要PMC立即处理的高速输入信号，则必须使用特殊的高速输入/输出接口或模块，直接中断正常执行程序，进行高速处理。

2）工作可靠性高。PMC程序执行过程所使用的输入状态是瞬间采样得到的输入映像，程序执行时的输入状态变化不会改变输入映像的状态，从而保证了程序执行过程中的输入状态唯一，提高了程序执行的可靠性。

3）处理速度快。集中批处理可一次性完成所有输入/输出的状态更新，无须在每次执行指令时对相关信号进行独立输入/输出，从而大大减少了输入采样和输出刷新次数，提高了程序处理速度。

4）程序设计方便。利用输入映像在同一循环周期内保持不变的特点，可利用程序的编制很方便地生成边沿信号等；而利用输出批处理的特点，则可在程序执行时通过多重线圈，随时改变输出映像状态，但输出保持唯一，故可为PMC程序设计带来很大方便。