摘　　要:提出了一種以PMAC運動控制器為控制系統(tǒng)核心，工業(yè)控制機為系統(tǒng)支撐單元的雙CPU開放式數控系統(tǒng),敘述了系統(tǒng)的功能，并介紹了硬件和軟件方法。實踐證明，基于PMAC的數控系統(tǒng)完全可以實現人機接口的定制和實時控制部件的參數化。 關鍵詞： PMAC； 雙CPU； 數控系統(tǒng)； 壁板銑床 模塊化開放式數控系統(tǒng)是當今數控技術的發(fā)展方向。多CPU開放式數控系統(tǒng)實現的最主要途徑是數控系統(tǒng)的PC化，PC化有三種途徑：1）在PC機上增加數控模塊；2）在數控系統(tǒng)上增加PC模塊；3）以軟盤文件的形式來管理數控程序，而把CNC模塊插入PC機中是PC化的一種主要方式，PMAC（Programmable Muhiple Axes Controller）運動控制器就是這樣的一個數控模塊。本文提出的以PMAC運動控制器作為CNC模塊．工業(yè)控制機為系統(tǒng)支撐單元的雙cPu數控系統(tǒng)可以進行人機接口和非實時控制部件的定制和參數化及實時控制部件的參數化，實現了具有兩個級別的開放度。該數控系統(tǒng)已應用于SKB2320A壁板銑床數控系統(tǒng)的開發(fā)上．并取得了良好的效果。 [b]1 硬件結構 1．1 PMAC介紹[/b] 可編程多軸控制器PMAC是美國DeltaTau公司的產品。PMAC運動控制器是一個擁有高性能伺服運動的控制器，它借助于Motorola的I）SP560叭／56002數字信號處理器，可以同時操縱1～8個軸。它能夠單獨執(zhí)行存儲于其內部的程序，也可執(zhí)行運動程序和PLC程序，并可進行伺服環(huán)更新及以串口、總線兩種方式與上位機進行通訊PMAC還可以自動對任務優(yōu)先等級進行判別．從而進行實時的多任務處理，這一功能使得它在處理時間和任務切換這兩方面大大減輕主機和編程器的負擔，提高了整個控制系統(tǒng)的運行速度和控制精度。 1 .2 數控系統(tǒng)硬件結構及工作原理 壁板銑床數控系統(tǒng)在工業(yè)控制機（IPC）平臺基礎上，采用PMAC多軸運動控制器和雙端口存儲器（I）PRAM），從而構成該數控系統(tǒng)的控制中心。工控機上的CPU與PMAC的CPU（DSP56001）構成主從式雙微處理器結構，兩個CPU各自實現相應的功能，其中PMAC主要完成機床三軸的運動、控制面板開關量的控制．工控機則主要實現系統(tǒng)的管理功能。為了實現PMAC多軸運動控制的功能．還需在PMAC板上擴展相應的I／O板、伺服驅動單元、伺服電機、編碼器等，最終形成一個完整的數控系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)硬件由主頻為233 MHz的工業(yè)控制機、PMAC—Lite1．5運動控制器、I／O板、雙端口RAM（I）PRAM）、伺服單元及交流伺服電機等組成。數控系統(tǒng)結構原理圖如圖1所示。 1）PMAc運動控制器與主機之間的通訊采用了兩種方式。一種是總線通訊方式，另一種是利用DPRAM 進行數據通信，主機與PMAC運動控制器主要通過PC總線通訊，至于控制卡和電機的狀態(tài)、電機位置、速度、跟隨誤差等效據貝9通過DPRAM交換信息?？偩€通訊方式是指主機到指定的地址上去尋找PMAC運動控制器，其中指定的地址是由PMAC的跳線確定。雙端口RAM主要是用來與PMAC進行快速的數據通訊和命令通訊。一方面，雙端口RAM 在用于向PMAC寫數據時，在實時狀態(tài)下能夠快速地將位置數據信息或程序信息進行重復下載；另一方面，雙端口RAM在用于從PMAC中讀取數據時，可以快速地重復地獲取系統(tǒng)的狀態(tài)信息。譬如．交流伺服電機的狀態(tài)、位置、速度、跟隨誤差等數據可以不停被更新。并且能夠被PLC或被PMAC自動地寫入DPRAM。如果系統(tǒng)中不使用DPRAM．這些數據必須用PMAc的在線命令（P、V等）通過PC總線來進行數據的存取。由于通過DPRAM進行的數據存取不需要經過通訊口發(fā)送命令和等待響應，所以所需的時間要少得多，因此響應的速度就快得多。該數控系統(tǒng)利用DPRAM進行數據的自動存取，提高了系統(tǒng)的響應速度和加工精度，同時也方便了控制系統(tǒng)中各模塊之間的快速通訊和地址表的設定．降低了編程難度。 2）PMAC系統(tǒng)的內置PLC功能是經智能 I／0接口的輸入輸出實現的。在控制系統(tǒng)中。 進入PIC的輸入信號主要有：操作面板和機床上的控制梭鈕、選擇開關等信號，各軸的行程開關、機械零點開關等信號．機床電器動作、限位、報警等信號，強電柜中接觸器、氣動開關接觸等信號，各伺服模塊工作狀態(tài)信號等 這些信號是通過光電隔離以后送到智能I／0接口上，光電隔離有效地將計算機數字量通道與外部過程模擬量通道隔離起來，大大地減小了外部因素的干擾，提高了整機系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。PIC輸出的信號主要有：指示燈信號，控制繼電器、接觸器、電磁閥等動作信號，伺服模塊的驅動使能和速度使能信號等。這些信號經I／0接口迭到相應的繼電器上．最終控制相應的電器。 2 軟件設計 該數控系統(tǒng)軟件分為PMAC實時控制軟件和系統(tǒng)管理軟件兩部分。實時控制軟件的設計充分考慮了軟件的開放性，用戶可以根據某些具體要求增加軟件的功能模塊。實時控制軟件主要包括插補模塊、伺服驅動模塊、PLC監(jiān)控模塊、加工程序解釋模塊、數據采集及數字化加工模塊等。實時控制軟件功能模塊圖如圖2所示。 插補模塊包括直線插補、圓弧插補及樣條插補等。PMAC還提供了PvT（位置一速度一時同）運動模式，該模式可以對軌跡圖形進行直接地緊湊地控制。用戶可以對以上幾種模式加以選擇和組合。 伺服驅動模塊可以選擇PID位置環(huán)伺服濾波器、陷波濾波器或擴展濾披器．并設置其控制參數。用戶也可以定制自己的伺服算法，實現個性化的伺服控制。 PLC監(jiān)控模塊主要包括看門狗PLC、上電PI C、主PLC、指示燈管理PI C及下電PI，C看門狗PI C在PMAC上電后立即被啟動，它通過不斷讀DPRAM中某地址單元的計數值來判斷主機是否進入CNC系統(tǒng)。當相鄰兩次讀得的差值大于某個數時它便啟動上電PI C，對整個數控系統(tǒng)上電；當它讀得的差值小于某個數時它便啟動下電PLC，關閉整個數控系統(tǒng)。 主PLC用來完成對控制面板及機床輸入、輸出進行監(jiān)控的任務，它主要包括手動、自動功能的實現、主軸運動的控制等操作。PDC程序編制首先需要將I／O 口與DPRAM地址做鏡像，PLC只需對DPRAM 的某些單元進行操作。就可以操作I，O 口。如： 這樣便定義了DPRAM 中未被使用的地址，從而實現了用戶自定義的通訊功能，如：系統(tǒng)的自動手動方式、主軸的正反轉等命令、狀態(tài)信息，進給倍率、主軸轉速等數值信息。加工程序解釋模塊由G代碼解釋程序、M代碼解釋程序和T代碼解釋程序組成。這些解釋程序在PEWIN執(zhí)行程序下編輯和調試，并下載到PMAC的固定內存中，在實際加工時被PMAC自動調用。另外。伺服中斷時間、電機相位等參數由PEWIN執(zhí)行程序來設置，從而實現了實時控制部件的參數化。數字化模塊根據三維仿形儀的反饋信息，采用專門的控制算法，實現工件的跟蹤掃描，并完成工件表面的數據采集。系統(tǒng)管理軟件主要實現初始化、參數輸入及加工程序編輯、系統(tǒng)管理和雙CPU通訊等功能。其功能模塊圖如圖3所示。 在系統(tǒng)管理軟件中，雙CPU通訊程序的開發(fā)工作量大，也很具有技巧性。本數控系統(tǒng)的上位機和下位機通訊程序是利用Delta Tau公司提供的Pcomm32動態(tài)連接庫和PTALKDT控件編制的。Pc～nm32囊括了同PMAC通訊的所有方式，而且將其主要函數進行分類、封裝，最終形成AetiveX控件— —P1 I KDT。所編制的通訊程序實現了加工程序、PLC程序及運動程序的下載，上位機對PMAC的指令傳輸及PMAC對上位機的狀態(tài)反饋諸通訊功能。系統(tǒng)配置、數控程序編輯、加工控制、故障診斷及參數轄入等人機界面采用Visual Basic語言進行編制，利用了Windows豐富的GUI函數及32位的處理能力來實現友好的人機界面。 3 結 論 該數控系統(tǒng)以通用工業(yè)控制機為基礎，采用功能強大的運動控制器PMAC承擔插補計算、位置控制、速度控制等實時任務。實踐證明，以工控機為系統(tǒng)支撐單元、PMAC為控制系統(tǒng)核心的數控系統(tǒng)完全可以實現兩個級別的開放度： 1）人機接口和非實時控鑭部件的定制及參數化。這個級別的開放使得數控系統(tǒng)具有比專有系統(tǒng)更好的人機交互能力和上層應用系統(tǒng)集成能力。 2）實時控制部件的定制與參數化。這個級別的開放使生產廠家和用戶對系統(tǒng)功能進行定制與參數調節(jié)，使系統(tǒng)具有更好的適應性。 基于PMAC的開放式數控系統(tǒng)的研究和開發(fā)：PDF