1、現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)原理、構(gòu)成與實例第5章 基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)5.1 開放式數(shù)控系統(tǒng)概述5.1.1 5.1.1 開放式數(shù)控系統(tǒng)開放式數(shù)控系統(tǒng)5.1.2 5.1.2 基于基于PCPC的開放式數(shù)控系統(tǒng)的開放式數(shù)控系統(tǒng)5.2 基于Pc的開放式數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 5.2.1 5.2.1 基于基于PCPC的數(shù)控系統(tǒng)類型的數(shù)控系統(tǒng)類型 5.2.2 NC 5.2.2 NC嵌入嵌入PCPC結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)5.1 開放式數(shù)控系統(tǒng)概述1.開放式數(shù)控系統(tǒng)的提出 數(shù)控系統(tǒng)按體系結(jié)構(gòu)可分為封閉式和開放式兩類。傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)采用封閉式的體系結(jié)構(gòu)。即便是計算機(jī)數(shù)控（CNC）系統(tǒng),其CNC裝置也以專用計算機(jī)

2、系統(tǒng)為基礎(chǔ)。 雖然選用高性能微處理器構(gòu)成分布式處理結(jié)構(gòu),可以獲得高性能（如多軸聯(lián)動的高速高精度控制）、強(qiáng)大的補(bǔ)償功能、圖形功能、故障診斷功能及通信功能等。但出于技術(shù)保密和降低成本等原但出于技術(shù)保密和降低成本等原因,各數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商通常自行設(shè)計數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件體系結(jié)構(gòu),不同廠商設(shè)計制造的封閉式數(shù)控系統(tǒng)的軟/硬件模塊、編程語言、人-機(jī)界面都不相同,世界各大數(shù)控制造廠商在數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)、實時操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信接口和通信協(xié)議等各方面實施技術(shù)壟斷、市場壟斷,甚至維修服務(wù)的壟斷,數(shù)控系統(tǒng)用戶自身無法對購買的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展、系統(tǒng)維護(hù)和升級換代,數(shù)控系統(tǒng)的維護(hù)、維修以及人員培訓(xùn)等全部依賴于世界各

3、大制造廠商。5.1.1 5.1.1 開放式數(shù)控系統(tǒng)開放式數(shù)控系統(tǒng) 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,使計算機(jī)集成制造（CIM）的實現(xiàn)形式從以大型主計算機(jī)和大規(guī)模數(shù)據(jù)庫為中心的集中型,向以個人計算機(jī)為主的小型計算機(jī)互相連接、配置成網(wǎng)絡(luò)的分散型發(fā)展。 這一變化不僅擁有技術(shù)上的優(yōu)勢,而且更符合實際生產(chǎn)方式的需要。此外,生產(chǎn)系統(tǒng)的開放也對CNC系統(tǒng)提出了“開放”的要求。在“分散網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)模型”下,以數(shù)控機(jī)床為代表的底層制造設(shè)備將成為網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點,要求數(shù)控系統(tǒng)能方便地接入網(wǎng)絡(luò),并且能夠獨(dú)立、自主地完成一定的任務(wù)（包括筒易的CAD/CAM陋集成,局部的調(diào)度和工藝規(guī)劃,局部的故障監(jiān)控以及向上一級控制器匯報工作情

4、況等）。具有這些特性的制造設(shè)備將作為分散網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)中的節(jié)點或模塊。實現(xiàn)上述現(xiàn)代生產(chǎn)系統(tǒng)的目標(biāo),要求數(shù)控系統(tǒng)能夠與PC兼容或至少能方便地聯(lián)入網(wǎng)絡(luò),還要求數(shù)控系統(tǒng)能充分利用第三方軟件實現(xiàn)CAD/CAM集成或其他功能。因此,現(xiàn)代生產(chǎn)系統(tǒng)的進(jìn)步和發(fā)展也提出了制造設(shè)備開放性的要求。 為了解決封閉性數(shù)控系統(tǒng)日益明顯的弊端,以適應(yīng)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)步和發(fā)展的要求,近年來,西方各工業(yè)發(fā)達(dá)國家相繼提出了向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，采用開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的問題。著名的有美國l994年提出的下一代控制器（Next Generation controller NGC）計劃,歐洲和日本在20世紀(jì)90年代初提出自動控制系

5、統(tǒng)的開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（open System Architecture for control Within Automation Systems.OSACA）計劃和控制器開放系統(tǒng)環(huán)境（open System Environment for control1er,OSEC）計劃等。2.開放式數(shù)控系統(tǒng)的主要優(yōu)點 開放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的本質(zhì)特征是開放性。 其含義：是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的平臺上,面向機(jī)床廠家和最終用戶,通過改變、增加或裁減功能模塊,形成系列化,并可將用戶的特殊應(yīng)用集成到控制系統(tǒng)中,實現(xiàn)不同品種、不同擋次的開放式數(shù)控系統(tǒng)。 開放式數(shù)控系統(tǒng)具有開放性、模塊化、可移植性、可擴(kuò)展及可互換性

6、、可伸縮性、互操作性等一系列特點。 與傳統(tǒng)封閉式數(shù)控系統(tǒng)相比,主要具有以下優(yōu)點。 （1）面向未來開放 由于軟、硬件接口遵循公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn),擴(kuò)展或升級軟、硬件資源很容易被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容。這意味著系統(tǒng)的開發(fā)費(fèi)用將大大降低,系統(tǒng)性能可以持續(xù)改善,可靠性可不斷提高,產(chǎn)品生命周期可大大延長。 （2）應(yīng)用軟件移植性好 開放式數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與底層軟、硬件支撐無關(guān),便于多位軟件設(shè)計人員針對相同被控對象,在不同的運(yùn)行環(huán)境下并行開發(fā)應(yīng)用軟件。可采用軟件工程方法,實現(xiàn)軟件的模塊化和復(fù)用,從而有效地解決數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化,以加快應(yīng)用軟件開發(fā)。 （3）網(wǎng)絡(luò)集成便捷 開放式數(shù)控系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)總線和通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)

7、議,可接入計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),作為網(wǎng)絡(luò)加工中的加工設(shè)備和通信站點,便于制造網(wǎng)絡(luò)集成。 （4）人-機(jī)界面友好 開放式數(shù)控系統(tǒng)采用通用型人-機(jī)界面,符合人-機(jī)工程學(xué)要求,操作方便、易于觀察,交互性好。 （5）編程語言標(biāo)準(zhǔn)化 開放式數(shù)控系統(tǒng)采用統(tǒng)一性、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)控加工編程語言，可以從很本上解決封閉性數(shù)控系統(tǒng)編程指令不統(tǒng)一的問題,可大大減少編程勞動。 （6）系統(tǒng)靈活性強(qiáng) 開放式數(shù)控系統(tǒng)允許用戶根據(jù)實際需要擴(kuò)展和裁減系統(tǒng),用戶可從低級控制器開始,逐步擴(kuò)充系統(tǒng)的功能,提高系統(tǒng)的性能。用戶也可在系統(tǒng)中融入自己的技術(shù)訣竅,創(chuàng)造出具有自己特色的產(chǎn)品。 （7）可減少產(chǎn)品品種 開放式數(shù)控系統(tǒng)通用性強(qiáng),便于批量生產(chǎn),可有效地保

8、證系統(tǒng)的可靠性井降低制造成本,增強(qiáng)市場競爭力1.基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生背景 數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計可采用全新設(shè)計和擴(kuò)展設(shè)計兩種途徑。 全新設(shè)計指：從系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計著手,獨(dú)立提出系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)規(guī)范,并依據(jù)獨(dú)立技術(shù)規(guī)范進(jìn)行硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計。（美國的NCC、OMAC計劃及歐共體的OSACA計劃,都采用了全新設(shè)計的方案。) 總之,開放式數(shù)控系統(tǒng)是對封閉式數(shù)控系統(tǒng)的巨大挑戰(zhàn),但從它提出后十多年里,雖然西方各工業(yè)發(fā)達(dá)國家投入了大量的人力和物力,但由于研究開發(fā)計劃龐大、所涉及的關(guān)系復(fù)雜、技術(shù)難度大等原因,至今仍沒有在市場上占據(jù)重要份額。5.1.2 5.1.2 基于基于PCPC的開放式數(shù)控系統(tǒng)的開放式

9、數(shù)控系統(tǒng) 在全新設(shè)計開放式控制系統(tǒng)進(jìn)展緩慢時,通用PC的技術(shù)性能卻在迅速提升,硬件、軟件資源日益豐富.工業(yè)PC的可靠性也在不斷增強(qiáng),而價格則持續(xù)下降。PC體系結(jié)構(gòu)已成為事實上的微型計算機(jī)標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)用面越來越廣。 由于PC為插卡式結(jié)構(gòu),為構(gòu)造開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)搭建了理想的平臺,因此,人們很快就將開放式數(shù)控系統(tǒng)的著眼點轉(zhuǎn)移到PC擴(kuò)展設(shè)計方面,即以工業(yè)PC硬件體系結(jié)構(gòu)和通用實時操作系統(tǒng)為基礎(chǔ),擴(kuò)展相應(yīng)的板卡和數(shù)控應(yīng)用軟件構(gòu)成基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)。 20世紀(jì)90年代初,Ampro computer公司策略發(fā)展部行政副總裁Piek Lehrbaum首先提出“利用PC體系結(jié)構(gòu),設(shè)計新一代的嵌入式應(yīng)用

10、”。不久,Software Development System的James S Challenger又提出“W1ndows和喧入式計算機(jī)技術(shù)的融合”,主張利用現(xiàn)有PC的軟硬件規(guī)范設(shè)計新一代數(shù)控系統(tǒng)。德國IBH、美國AI、日本朋立公司等也都相繼開發(fā)了基于PC的數(shù)控系統(tǒng)。基于PC擴(kuò)展設(shè)計開放式數(shù)控系統(tǒng)思路的提出,極大地推動了開放式數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)步和發(fā)展。基于PC體系結(jié)構(gòu)和軟、硬件規(guī)范設(shè)計新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)成為數(shù)控系統(tǒng)開放的重要途徑,也是迄今為止的最佳選擇。2.基于PC構(gòu)建開放式數(shù)控系統(tǒng)的方法 通用PC標(biāo)準(zhǔn)化程度高,軟、硬件資源豐富,信息吞吐量大,適用性強(qiáng),是構(gòu)建開放式數(shù)控系統(tǒng)的理想平臺。 基于P

11、C平臺構(gòu)建開放式數(shù)控系統(tǒng),需要根據(jù)開放式數(shù)控系統(tǒng)的特殊要求,從硬件和軟件兩方面對PC進(jìn)行相應(yīng)的改造,擴(kuò)充數(shù)控系統(tǒng)專用的板卡和應(yīng)用軟件等。主要包括如下內(nèi)容: （1）實時處理能力擴(kuò)充 開放式數(shù)控系統(tǒng)屬于實時多任務(wù)計算機(jī)控制系統(tǒng),其中的計算系統(tǒng)必須具有實時控制和多任務(wù)處理能力,即硬件中斷能力強(qiáng),操作系統(tǒng)任務(wù)切換時間短，具有支持實時響應(yīng)的特性。而普通PC的硬件系統(tǒng)配置和DOS或Windows操作系統(tǒng)都不能滿足數(shù)控系統(tǒng)實時性的要求,在基于DOS或Windows操作系統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)中,必須擴(kuò)充操作系統(tǒng)的實時處理能力,如增加線程或?qū)崟r多任務(wù)調(diào)度,還須對硬件進(jìn)行相應(yīng)改造。 （2）適應(yīng)工業(yè)運(yùn)行環(huán)境 數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)行

12、環(huán)境屬于工業(yè)環(huán)境,計算機(jī)系統(tǒng)的可靠性、電磁兼容性、抗震性和耐高溫性等性能指標(biāo)應(yīng)能夠適應(yīng)工業(yè)運(yùn)行環(huán)境要求。因此,基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)一般采用工業(yè)PC（IPC）或各種與PC兼容的嵌入式工業(yè)控制計算機(jī),并采用箱式結(jié)構(gòu),增強(qiáng)散熱和防塵等性能,還須對工業(yè)PC的通用模板進(jìn)行力學(xué)特性改造和加固。 （3）延長生命周期 普通PC和工業(yè)PC更新?lián)Q代很快,加上不同廠家、不同型號的CPE主板的性能有一定差異,會給數(shù)控系統(tǒng)集成帶來一定困難。延長數(shù)控系統(tǒng)生命周期的最好辦法就是加大向用戶開放的程度,使數(shù)控系統(tǒng)集成商和用戶自己能夠?qū)?shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行升級。5.2 基于Pc的開放式數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 5.2.1 5.2

13、.1 基于基于PCPC的數(shù)控系統(tǒng)類型的數(shù)控系統(tǒng)類型 基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)目前大致可分為專用數(shù)控加PC前端的復(fù)合型、CN嵌入PC型和全軟件型3種典型結(jié)構(gòu)。1.1.專用數(shù)控加專用數(shù)控加PCPC前端的復(fù)合型結(jié)構(gòu)前端的復(fù)合型結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)將PC作為NC的部件嵌入在數(shù)控系統(tǒng)中,用內(nèi)部總線相連接,PC和NC連接在一起構(gòu)成前、后臺結(jié)構(gòu),可形成多微處理器數(shù)控系統(tǒng)。它的NC部分仍然是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng),用戶無法介入數(shù)控系統(tǒng)的核心,但可利用PC豐富的軟件資源,滿足開放性要求。 優(yōu)點：是原來的CNC不必改動,既保持了原來CNC系統(tǒng)強(qiáng)大的功能,又具有數(shù)據(jù)傳送速度快、系統(tǒng)響應(yīng)時間短的特點。 缺點：是不能充分發(fā)

14、揮PC的潛力,開放性受到一定限制,系統(tǒng)造價無法降低。2.NC2.NC嵌入嵌入PCPC型結(jié)構(gòu)（型結(jié)構(gòu)（基于基于運(yùn)動控制器的開放式數(shù)控運(yùn)動控制器的開放式數(shù)控系統(tǒng)）系統(tǒng)） 這種結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)是在通用PC的擴(kuò)展槽中插入運(yùn)動控制板或整個CNC單元（包括內(nèi)嵌式PLC）。PC將實現(xiàn)用戶接口、文件管理以及通信等非實時部分的功能,實時控制（機(jī)床的運(yùn)動控制和開關(guān)量控制等）由插入PC擴(kuò)展槽中的CNC單元或運(yùn)動控制板來承擔(dān)。 這種開放式數(shù)控系統(tǒng)目前是較為先進(jìn)的。但是該系統(tǒng)的CNC核心部分_運(yùn)動控制和伺服控制仍要依賴于專用運(yùn)動控制卡,還未達(dá)到整個產(chǎn)品的硬件通用化。3.3.全全軟件型結(jié)構(gòu)軟件型結(jié)構(gòu) 全軟件型結(jié)構(gòu)CNC（S

15、oftCNC）又稱為純PC型開放式數(shù)控系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)的開放性數(shù)控系統(tǒng)的特點是CNC的全部或大部分功能均由PC承擔(dān),并通過裝在PC擴(kuò)展槽中的驅(qū)動接口卡對伺服驅(qū)動進(jìn)行控制。在PC中采用實時操作系統(tǒng)或?qū)Σ僮飨到y(tǒng)進(jìn)行實時功能擴(kuò)展,由PC完成數(shù)控所有的實時任務(wù)和非實時任務(wù),如編譯、解釋、插補(bǔ)和PLC等。 比較上述的3種類型的開放式數(shù)控系統(tǒng),可以發(fā)現(xiàn)： 第一種開放式數(shù)控系統(tǒng)主要從硬件的模塊化和接口的標(biāo)準(zhǔn)化上滿足數(shù)控系統(tǒng)的開放性,對硬件制造水平要求較高； 第二種數(shù)控系統(tǒng)充分挖掘計算機(jī)軟件的潛力,通過軟件模塊化和計算機(jī)通信標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)建開放式數(shù)控系統(tǒng),但需要實時操作系統(tǒng)強(qiáng)有力的支持, 第三種數(shù)控系統(tǒng)將PC的靈活性

16、和硬件的實時性結(jié)合起來,從而降低了對硬件的要求和對操作系統(tǒng)實時性的要求,實踐證明是目前實現(xiàn)開放式數(shù)控系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)、最現(xiàn)實的途徑。 由于第一種類型的開放式數(shù)控系統(tǒng)還具有很強(qiáng)的封閉性,屬于過渡階段的產(chǎn)品。 以下將著重介紹NC喧入PC結(jié)構(gòu)與純PC型結(jié)構(gòu)的開故式數(shù)控系統(tǒng)。5.2.2 NC5.2.2 NC嵌入嵌入PCPC結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng) “NC嵌入PC結(jié)構(gòu)”的開放式數(shù)控系統(tǒng)也可稱為“基于運(yùn)動控制器”的開放式數(shù)控系統(tǒng)。下面將以PMAC運(yùn)動控制器為代表，闡述“NC嵌入PC結(jié)構(gòu)”的開放式數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件體系結(jié)構(gòu)。1 1、PMACPMAC多軸運(yùn)動控制器多軸運(yùn)動控制器 可編程序多軸控制器

17、（Programmable Multi-Axis Controller,PMAC）是美國Delta Tau公司1990年推出的基于工業(yè)PC和Windows操作系統(tǒng)的多軸、多通道開放式運(yùn)動控制器,也是目前世界上功能最強(qiáng)的運(yùn)動控制器之一。 己在機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、造紙和木材加工機(jī)械、各種裝配線、食品加工機(jī)械、印刷包裝等機(jī)電一體化設(shè)備上得到廣泛應(yīng)用。 PMAC的硬件結(jié)構(gòu)如圖5-l所示,圖5-l PMAC硬件結(jié)構(gòu)框圖 PMAC以Motorola 56001（20/30MHZ）24bit定點數(shù)字信號處理器（Digita1 Signal Poreessor,DSP）為核心,并全面拓展DSP的強(qiáng)大功能。PMA

18、C運(yùn)動控制器作為嵌入在數(shù)控系統(tǒng)中的一個高性能伺服運(yùn)動控制器,可通過靈活的高級語言,實現(xiàn)對1-8個軸的實時伺服控制。通過多卡連接方式還可控制多達(dá)128個軸的運(yùn)動。（1 1）PMACPMAC主要特點及功能介紹主要特點及功能介紹如下：如下： 1）PMAC運(yùn)動控制器特點： 1、運(yùn)算速度快，每個坐標(biāo)軸的伺服更新速度可達(dá)2kHz； 2、數(shù)據(jù)精度高，位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)可達(dá)32位精度、輸出數(shù)據(jù)精度為16/18位； 3、內(nèi)置豐富優(yōu)秀的插補(bǔ)算法，包括直線、圓弧、PVT（位置-速度-時間）、 三次樣條插補(bǔ)算法用于產(chǎn)生各種類型的運(yùn)動軌跡； 4、具有良好的通用性，支持標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)床加工代碼（G）代碼編程； 5、具有靈活、簡練的運(yùn)

19、動控制程序語言; 6、優(yōu)良的伺服控制算法：PID+NOTCH濾波+速度/加速度前饋，還支持用戶設(shè)計的伺服控制算法。 2）PMAC伺服環(huán)和計算功能：標(biāo)準(zhǔn)PMAC運(yùn)動控制器提供PID參數(shù)調(diào)整、速度和加速度前饋控制功能，階式濾波器（5-500Hz）功能具備24位增益分辨度，PMAC還具有很強(qiáng)的運(yùn)算功能，能夠進(jìn)行數(shù)學(xué)、邏輯和超越函數(shù)運(yùn)算。 3）PMAC輸入/輸出功能：PMAC中DSP通過DSP GATE（特殊門陣列）與受控軸建立連接關(guān)系，每個DSP GATE控制四路編碼器和4個模擬輸出通道，PMAC可直接接受0-5v的正交編碼器信號，PMAC控制器的I/O接口可通過相關(guān)附件進(jìn)行拓展。 4）變量與內(nèi)存管

20、理功能：PMAC控制器采用I/O與內(nèi)存統(tǒng)一編址方式，雙16位地址空間。當(dāng)指定地址時，必須指出使用哪一半的內(nèi)存，或作為一個48位字來使用。如果使用DPRAM，則DPRAM被映射到PMAC內(nèi)存空間的固定位置（$D000-$DFFF）。PMAC不允許用戶自定義變量名，只能使用PMAC本身定義的4種變量（1、P、Q和M），一個變量由字母后跟隨0-1023位的數(shù)字組成，每個變量都有其特定含義。 5）PLC功能：PMAC除了執(zhí)行運(yùn)動控制程序之外，還可執(zhí)行PLC程序功能。其工作原理與工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的PLC相同，都是以循環(huán)掃描邏輯順序控制程序來執(zhí)行命令的。其特殊之處在于，他不采用梯形圖編程，而是采用類似

21、BASIC等高級語言的編程方式，變成更加靈活方便，易于存儲、編輯及調(diào)試，而且PLC執(zhí)行速度也超過普通的PLC。PLC控制程序存儲在控制程序緩沖區(qū)中，在實際運(yùn)行過程中，PMAC將PLC控制任務(wù)和通信、伺服環(huán)更新、運(yùn)動程序執(zhí)行等任務(wù)分時運(yùn)行，從而實現(xiàn)多任務(wù)實時控制。（2）PMAC常用接口及其功能 PMAC的I/O接口如圖5-2所示圖5-2 PMAC的I/O接口PMAC共有J1-J11個接口，具體功能如下： 1）、J1（JDISP）顯示口。JDISP接口用來驅(qū)動（2線*24字符（Acc-12）、）（2*40（Acc-12A）的 LCD顯示器，或者2*40的真空熒光（Acc-12c）顯示單元。用DIS

22、PLAY命令可以發(fā)送要顯示的信息。此接口地址空間為Y：$0780-$07D1。 2）、J2（JPAN）控制面板接口。JPAN接口連接附件16（控制面板）或者用戶自定義的I/O，通過簡單的開關(guān)實現(xiàn)PMAC手動控制。此接口包括專用控制輸入、專用控制輸出、一個正交編碼器輸入、和一個模擬輸入。此功能受參數(shù)12控制，若參數(shù)12=1，此功能被禁止。 3）、J3（JTHM）多路輸入輸出接口。JTHM提供8輸入8輸出TTL電平的多路I/O口，采用非多路復(fù)用模式時，16個I/O點課獨(dú)立使用；在多路復(fù)用模式時，SELn可用來確定是哪一路I/O被選擇，這種方式可使此接口成倍地增加I/O點數(shù)。I/O地址空間為Y：$

23、FFCI。 4）、J4（JRS232）RS232串行口。常用于與PC通信。 5）、J4A（JOPT）RS422串行口。 6）、J5（JOPT）通用I/O口。JOPT提供提供8輸入8輸出I/O口，I/O口能接受或提供5-24v電壓，輸出通道最大電流100mA。使用跳線E7可控制輸入源，輸出口的電壓源來自于內(nèi)部集成電路，用跳線E1-E2改變。這些輸入和輸出通常通過定義M變量用軟件進(jìn)行讀取，變量M1-M8通常用于讀取1-8，M11-M18分別用于讀取1-8，該接口內(nèi)存地址為Y：$ FFC2 7）、J6與J7分別為輔助A/D轉(zhuǎn)換接口和A/D轉(zhuǎn)換接口。 8）、J8（JEQU）位置比較及驅(qū)動器事能輸出口。

24、JEQU提供伺服接口通道的位置比較輸出和驅(qū)動器使能及方向信號輸出，為了確保必要時驅(qū)動器完全切斷，驅(qū)動器使能控制功能非常重要。位置比較輸出在編碼器位置達(dá)到給定值時將提供一個信號沿，對微小距離測量非常有用。 9）、擴(kuò)展口。利用此接口可以串級連接多塊PMAC卡，組成更多軸聯(lián)動系統(tǒng)。 10）、J11（JMACH1）機(jī)器連接口。此接口可接入4通道伺服信號、數(shù)字標(biāo)志信號和編碼器。PMAC可在此接口上提供高精度的模擬輸出，一般作為速度命令或扭矩命令控制伺服驅(qū)動器。每個通道提供互補(bǔ)的由16位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器得到的DAC輸出，范圍為-10到+10v。模擬命令輸出電路與PMAC的數(shù)字邏輯電路是光電隔離的，模擬電路通常

25、從外部放大器獲得+15或-15v電源。此接口上每個通道還有4個專用數(shù)字輸入：+LIMn、-LIMn（行程限制）、HMFLn（回零標(biāo)志）和FAULTn（放大器出錯）。其他一些非專用的標(biāo)志通過定義M變量可作為普通用途輸入端口。2 2、基于運(yùn)動控制器的開放式數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及工作原理、基于運(yùn)動控制器的開放式數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及工作原理 數(shù)控系統(tǒng)采用“NC嵌人PC”結(jié)構(gòu)的開放式結(jié)構(gòu),在工業(yè)控制機(jī)（IPC）平臺基礎(chǔ)上,以PMAC運(yùn)動控制器作為系統(tǒng)的核心處理器,工控機(jī)上的CPU與PMAC的CPU（DSP560001/D5P560002）構(gòu)成主、從式雙微處理器結(jié)構(gòu)。 為了實現(xiàn)PMAC多軸運(yùn)動控制的功能,還需在

26、PMAC板上擴(kuò)展相應(yīng)的I/O板、伺服驅(qū)動單元、伺服電動機(jī)、編碼器等,最終形成一個完整的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)除PMAC運(yùn)動控制器外,大部分硬件都采用通用計算機(jī)硬件板卡,系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖5-3所示。圖5-3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖5-4 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) （l）PMAC運(yùn)動控制器的控制功能 在圖5-4所示系統(tǒng)中,PMAC主要完成插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制、刀補(bǔ)、速度處理和PLC等實控制任務(wù)；工控機(jī)則主要實現(xiàn)系統(tǒng)的管理功能,同時具再具有充足的支持來改善CNC系統(tǒng)的用戶界面、圖像顯示、動早仿真、數(shù)控編程、故障診斷、網(wǎng)絡(luò)通信等非實時控制功能。 （2）PMAC運(yùn)動控制器與主機(jī)之間的通信 PMAC運(yùn)動控制器與主機(jī)之間通過IS

27、A總線通信。當(dāng)主機(jī)與PMAC運(yùn)動控制器進(jìn)行通信時,主機(jī)就到預(yù)先指定的地址去尋找PMAC運(yùn)動控制器,該地址由PMAC板上的E跳線決定,用戶可以根據(jù)需要重新設(shè)置E跳線,從而改變PMAC在主機(jī)中所占用的地址,控制器與伺服電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、電動機(jī)的位置、速度、跟隨誤差等數(shù)據(jù)則直接通過ISA總線實現(xiàn)信息交換。 （3）PMAC內(nèi)置PLC功能 PLC信號的輸入/輸出由I/O接口板來實現(xiàn)。在整個數(shù)控系統(tǒng)中,送入PLC的信號主要有,控制面板和機(jī)床上的按鈕開關(guān)、選擇開關(guān)等信號；各運(yùn)動軸的行程開關(guān)、機(jī)械零點開關(guān)等信號；機(jī)床電器動作、限位、報警等信號；強(qiáng)電控制柜中接觸器、氣動開關(guān)接觸等信號以及各伺服模塊工作狀態(tài)信號等

28、,這些信號通過光電隔離后經(jīng)I/O接口送入PMAC進(jìn)行處理。光電隔離能有效地將計算機(jī)數(shù)字量通道與外部模擬量通道隔離開來,大大地減輕了外部因素的干擾。3 3、基于運(yùn)動控制器的開放式數(shù)控基于運(yùn)動控制器的開放式數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 基于運(yùn)動控制器的開放式數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)主要是由實時控制軟件和系統(tǒng)管理軟件來構(gòu)成。實時控制軟件的設(shè)計充分考慮了軟件的開放性，用戶可以在PMAC已經(jīng)集成的基本模塊的基礎(chǔ)上根據(jù)自己的需要增加軟件的功能模塊。系統(tǒng)管理軟件主要由用戶自己開發(fā)，來實現(xiàn)所有的非實時控制部分的功能。系統(tǒng)管理最基本的應(yīng)該是實現(xiàn)系統(tǒng)初始化，故障診斷、參數(shù)輸入及加工程序編輯、系統(tǒng)進(jìn)程管理和雙CPU通

29、信等功能，在這些基本功能的基礎(chǔ)上可以再增加網(wǎng)絡(luò)控制、動態(tài)仿真等高級功能。系統(tǒng)亂件結(jié)構(gòu)如圖5-4所示 （1）PMAC實時控制軟件 PMAC時控制軟件包括插補(bǔ)模塊、伺服驅(qū)動模塊、PLC監(jiān)視模塊、加工程序解釋模塊、數(shù)據(jù)采集及輸出模塊等,其功能模塊如圖5-5所示。圖 5-5 PMAC實時控制軟件功能模塊 1）插補(bǔ)算法模塊包括直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)及樣條插補(bǔ)等。PVT（位置一速度-時間）運(yùn)動模式；該模式可以對軌跡圖形進(jìn)行直接而緊湊的控制。用戶可以對以上兒種模式加以選擇和組合。 2）伺服驅(qū)動模塊用于選擇PID位置環(huán)伺服濾波器、陷波濾波器（NOTCH FIL）、速度前饋、加速度前饋等,并設(shè)置其控制參數(shù),并且這幾

30、種伺服算法可以任意組合,用戶也可采用極點配置方法,甚至可以直接加人自己的底層位置伺服方法,以適應(yīng)不同需要,實現(xiàn)個性化伺服控制。 3）PLC監(jiān)控運(yùn)行模塊里要包括看門狗PLC、上電PLC、主PLC、指示燈管理PLC及下電PLC。主PLC用來完成對控制面板及機(jī)床輸入、輸出的監(jiān)控，主要包括對機(jī)床進(jìn)行手動、自動調(diào)整功能的實現(xiàn)、主軸運(yùn)動的控制、機(jī)床3個坐標(biāo)軸運(yùn)動的控制等操作。看門狗PLC對PMAC運(yùn)動控制器本身及數(shù)控系統(tǒng)狀態(tài)位進(jìn)行故障險測,在系統(tǒng)上電和加工過程中分別進(jìn)行如下處理。 1、看門狗PLC在PMAC上電后立即被啟動,它通過不斷讀取DPRAM（雙端口RAM）中某地址單元的計數(shù)值來判斷主機(jī)是否進(jìn)入CN

31、C系統(tǒng)。當(dāng)相鄰兩次讀得的差值大于某個數(shù)時,它便啟動上電PLC，對整個數(shù)控系統(tǒng)上電；當(dāng)相鄰兩次讀得的差值小于某個數(shù)時,它便啟動下電PLC,關(guān)閉整個數(shù)控系統(tǒng)。 2、看門狗PLC在加工過程中主要對各軸超行程限位開關(guān)、跟蹤誤差極限、伺股輸出極限、異常終止等信號進(jìn)行檢測，以確保數(shù)控系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行。 4）加工程序解釋模塊由G代碼解釋程序、M代碼解釋程序、T代碼解釋程序組成。這些解釋程序在PEWIN32Pro（PMAC的開發(fā)工具,是Delta Tau PMAC卡Windows可執(zhí)行程序）環(huán)境下編輯和調(diào)試,并下載到PMAC的固定存儲器中,在實際加工時被PMAC自動調(diào)用。 5）PMAC在使用數(shù)據(jù)采集及輸出模塊時,所采集的數(shù)據(jù)直接送到DPRAM中,而不是按常規(guī)送到RAM中。主機(jī)與PMAC運(yùn)動控制器主要通過PC總線通信,至于控制卡和電機(jī)的狀態(tài)、電機(jī)位置、速度、跟隨誤差等數(shù)據(jù)則通過DPRAM交換。 （2）系統(tǒng)管理軟件系統(tǒng)管理軟件的所有功能都要由用戶自己來設(shè)計與實現(xiàn)。由于數(shù)控系統(tǒng)中的實時控制模塊都是由PMAC來實現(xiàn)的,且