引言

數(shù)控系統(tǒng)主要是由硬件和軟件兩大部分組成。系統(tǒng)控制軟件配合硬件合理的組織、管理數(shù)據(jù)系統(tǒng)的輸入、數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)和輸出信息與控制執(zhí)行部件，使數(shù)控卷板機(jī)按照操作者的要求，實(shí)現(xiàn)卷制。

1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采用層次化CNC系統(tǒng)思想，即PC工控機(jī)的CPU作為核心管理者，完成對底層設(shè)備的管理和宏觀控制。而卷板機(jī)的位置控制PLC 控制由PMAC Programmable Multiple-Axes Controller 的專用CPU來控制。根據(jù)以上硬件設(shè)計(jì)原則，結(jié)合卷板機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了一種以PMAC運(yùn)動控制器為控制核心，工控機(jī)為系統(tǒng)支撐單元的雙CPU開放式數(shù)控系統(tǒng)。

硬件設(shè)計(jì)應(yīng)用了PC硬件技術(shù)。整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)是Pentium III 400 工業(yè)控制機(jī)，采用工控機(jī)的CPU 作為系統(tǒng)的主處理器，完成系統(tǒng)的管理、人機(jī)交互動態(tài)顯示、預(yù)處理、參考計(jì)算及圖像處理。采用標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)(ISA 總線)，有效的解決了因總線不同所帶來的硬件不能公用問題。

具有強(qiáng)大的人機(jī)交互操作功能。機(jī)床操作人員可以通過軟盤在I/O 設(shè)備輸入加工所需信息，也可以通過系統(tǒng)所提供的編輯功能，輸入加工信息系統(tǒng)運(yùn)行時，顯示器上的圖像和數(shù)據(jù)反映各個位置傳感器反饋的加工信息。可以通過鍵盤或操作面板進(jìn)行控制。橫移等位置檢測傳感器采用磁柵R，其精度為0.05mm。主軸位置檢測傳感器為旋轉(zhuǎn)編碼器，1048線。通過位置傳感器反饋達(dá)到半閉環(huán)控制，以保證機(jī)床的定位精度和運(yùn)動精度。強(qiáng)大的開放式模塊化硬件結(jié)構(gòu)。CNC 系統(tǒng)包括以下模塊：運(yùn)動控制模塊、PLC 模塊、基本輸入輸出模塊、通訊模塊。運(yùn)動控制模塊是獨(dú)立完成運(yùn)動功能的模塊，是硬件和軟件的集合體，控制目標(biāo)是速度位置及轉(zhuǎn)矩。PMAC 是功能強(qiáng)大的運(yùn)動控制器，在系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，是極其重要的一個模塊。

PMAC自帶高速CPU，是一個具有獨(dú)立內(nèi)存、獨(dú)立運(yùn)算操作能力的計(jì)算機(jī)，可接受PC主機(jī)的命令進(jìn)行工作，也可脫機(jī)運(yùn)行獨(dú)立工作。系統(tǒng)開發(fā)了PMAC運(yùn)動控制器的如下功能：1，用增量式A/B正交編碼器實(shí)現(xiàn)位置和速度反饋，也可以連接一些適當(dāng)?shù)母郊��?shí)現(xiàn)反饋。2，運(yùn)用PMAC運(yùn)動控制器的DSP板具有的強(qiáng)大的計(jì)算功能，對變量、常量進(jìn)行算術(shù)、邏輯以及超越運(yùn)算操作，進(jìn)而避免了主機(jī)在進(jìn)行這些操作時所造成的計(jì)算延遲和通訊延遲。3，利用PMAC的多軸運(yùn)動程序管理功能。PMAC運(yùn)動控制器的內(nèi)存可以存儲多達(dá)256 個運(yùn)動程序。在PMAC運(yùn)動控制上執(zhí)行的運(yùn)動控制語言具有BASIC或C等高級計(jì)算機(jī)語言的特點(diǎn)，同時它與G代碼機(jī)床兼容，并且可直接接受G代碼命令。計(jì)算結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)語言相似，并且運(yùn)動規(guī)范與機(jī)床工業(yè)中所使用的相似。4，后臺PLC功能。當(dāng)運(yùn)動程序在前臺有序地運(yùn)行時，PMAC 運(yùn)動控制器可以在后臺運(yùn)行多達(dá)32不同PLC功能。同時PMAC提供了非專用的數(shù)字輸入和輸出口。利用這些I/O口，程序可以完成PLC功能PLC程序與運(yùn)動程序共享同一種邏輯結(jié)構(gòu)，但不能控制運(yùn)動軸。

PMAC接口的設(shè)計(jì)。卷板機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行元件并不是伺服電機(jī)，其位置控制是通過磁柵和旋轉(zhuǎn)編碼器來實(shí)現(xiàn)位置反饋，使用MACHI口連接了4組傳感器，用來檢測位置實(shí)現(xiàn)位置控制卷板機(jī)控制系統(tǒng)中所有狀態(tài)檢測和所有元器件控制都是由PMAC的輸入、輸出控制板控制的其原理如圖2所示。

采用雙端口RAM(DPRAM)作為主機(jī)和PMAC之間通訊的橋梁。DPRAM是PMAC的備選件，為主機(jī)和PMAC之間的可以共享的高速內(nèi)存區(qū)。利用DPRAM，PMAC 和主機(jī)之間可以實(shí)現(xiàn)高速重復(fù)不需“握手”的數(shù)據(jù)通訊，實(shí)時方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。例如，主機(jī)可以將位置、速度信息實(shí)時地AM發(fā)送到PMAC，由PMAC 進(jìn)行位置控制；同時，主機(jī)還可以讀取PMAC 存放在DPRAM中的機(jī)床狀態(tài)信息。

此數(shù)控系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)總線和PMAC 進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)主機(jī)的實(shí)時中斷，進(jìn)而有效地提高了通訊效率和通訊速度。當(dāng)PMAC產(chǎn)生的終端信號出現(xiàn)在主機(jī)的總線上時，主機(jī)開始計(jì)算新的控制數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)寫入到DPRAM中，PMAC 則從DPRAM中讀出數(shù)據(jù)對電機(jī)進(jìn)行控制；同時主機(jī)從DPRAM 中讀出反饋數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理，完成實(shí)時顯示機(jī)床位置機(jī)床狀態(tài)監(jiān)控等功能。

2 數(shù)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

為了保持所開發(fā)系統(tǒng)的技術(shù)先進(jìn)性，同時使系統(tǒng)有一定的功能可擴(kuò)展性，項(xiàng)目選擇了開放式數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想與方法。其系統(tǒng)的總體方案如圖3所示。