介紹了嵌入PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制器的開放式數(shù)控系統(tǒng)，并詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)在自動(dòng)玻璃雕刻機(jī)中心數(shù)控系統(tǒng)的具體應(yīng)用，包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大模塊。 1 引言 隨著人們生活水平的提高，刻花玻璃制品受到越來越多消費(fèi)者的青睞，工藝越做越復(fù)雜，精度要求也越來越高。目前玻璃制品的刻花主要依靠手工操作，加工質(zhì)量不易保證、成本較高。因此，數(shù)控玻璃雕刻設(shè)備在國內(nèi)市場非常廣闊。當(dāng)前，玻璃雕刻機(jī)市場被意大利的Bottero和Intermark兩大公司壟斷，他們的專用NC使中國本土的玻璃機(jī)械行業(yè)很難介人。針對(duì)這種情況，我們設(shè)計(jì)了采用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的玻璃雕刻機(jī)。該系統(tǒng)采用PC+PMAC（Programmable Multipie Axis Controller）開放式多軸運(yùn)動(dòng)控制器的控制方式，將PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡插入PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)插槽中作實(shí)時(shí)控制，而PC機(jī)作為人機(jī)界面和系統(tǒng)管理的上位機(jī)。通過模塊化設(shè)計(jì)，建立統(tǒng)一的可重構(gòu)的系統(tǒng)平臺(tái)。這樣不但增強(qiáng)了數(shù)控系統(tǒng)的柔性和適應(yīng)性，而且還由于PMAC卡的開放性，可使我國玻璃機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)一步得到開發(fā)和不斷完善，以便迎頭趕上甚至超過外國設(shè)備。 2 基于PMAC的開放式數(shù)控系統(tǒng) 基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)是目前的主要發(fā)展方向。本文主要是對(duì)自動(dòng)玻璃雕刻機(jī)中心數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)和研究。該系統(tǒng)采用多軸運(yùn)動(dòng)控制器PMAC卡作為伺服運(yùn)算和控制主體插入工控機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)插槽中，再加上一些外圍設(shè)備，如伺服放大器、伺服電機(jī)、編碼器、電源等，構(gòu)成一個(gè)模塊化的基于PMAC的開放式數(shù)控系統(tǒng)。基于PMAC的數(shù)控系統(tǒng)，具有開發(fā)周期短、成本低、插補(bǔ)軸數(shù)多（四軸以上）、控制精度高等特點(diǎn)。在這個(gè)體系結(jié)構(gòu)中，數(shù)控伺服運(yùn) 算和控制完全由PMAC卡來完成，PC機(jī)及各種通用接口都處于整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的終端地位，這樣的體系結(jié)構(gòu)具有很大的通用性、開放性。一方面，對(duì)于用戶來說，它面對(duì)的終端完全是PC微機(jī)的體系，可以使用Windows9x/NT的操作系統(tǒng)，用戶不會(huì)產(chǎn)生陌生感。數(shù)控NC軟件采用的是界面化的人機(jī)交互方式，與基于Windows的各種應(yīng)用程序完全一致，便于初學(xué)者的學(xué)習(xí)和使用，它擺脫了以往數(shù)控系統(tǒng)界面單調(diào)、呆板、不易接近的感覺，可以在上面自由地編輯和擴(kuò)展。另一方面，數(shù)控系統(tǒng)的伺服運(yùn)算、反饋控制、實(shí)時(shí)任務(wù)處理等程序工作都由PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制器和PLC可編程邏輯器來完成，具有高精度、高速度的特點(diǎn)。 3 中心數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)原理 由于Windows 9x/NT操作系統(tǒng)無法滿足數(shù)控加工的實(shí)時(shí)性要求，因此本文所述的數(shù)控系統(tǒng)采用了基于上位機(jī)和下位機(jī)的雙CPU開放式數(shù)控系統(tǒng)。下位機(jī)由PMAC運(yùn)動(dòng)控制器來實(shí)現(xiàn)，主要承擔(dān)實(shí)時(shí)性任務(wù)，如伺服控制、路徑規(guī)劃、可編程邏輯控制；上位機(jī)為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，主要完成數(shù)控編程、數(shù)控仿真、圖形插補(bǔ)和人機(jī)界面處理、網(wǎng)絡(luò)功能等非實(shí)時(shí)任務(wù)。上位機(jī)中的控制內(nèi)核是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的核心，它通過對(duì)調(diào)用對(duì)應(yīng)于下位機(jī)中各種變量和功能的應(yīng)用程序接口與下位機(jī)交換信息，并負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。操作面板和人機(jī)界面是獲取外部信息的主要渠道，控制內(nèi)核將獲取的信息保存在參數(shù)集合中，這些參數(shù)包括電機(jī)手動(dòng)控制參數(shù)、伺服調(diào)節(jié)參數(shù)、坐標(biāo)參數(shù)、電機(jī)安全運(yùn)動(dòng)參數(shù)等。上、下位機(jī)之間的通訊采用PC總線。控制內(nèi)核將參數(shù)集合中改變的信息，通過PC總線傳遞到下位機(jī)的控制參數(shù)模塊中。同時(shí)，下位機(jī)也通過PC總線將系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息傳遞到上位機(jī)，顯示在用戶終端上。數(shù)控系統(tǒng)還提供了圖形編程模塊，用戶只需通過人機(jī)交互，輸入必要的一些刀具信息等，自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)控G代碼。系統(tǒng)通過通訊模塊與外部網(wǎng)絡(luò)相連，直接將異地需要加工工件的數(shù)控代碼傳遞給該系統(tǒng)，使其具有網(wǎng)絡(luò)加工能力。 系統(tǒng)中的控制內(nèi)核將圖形編程或網(wǎng)絡(luò)傳遞來的數(shù)控代碼經(jīng)過編譯生成PMAC卡能識(shí)別的運(yùn)動(dòng)程序并下載給下位機(jī)，下位機(jī)通過軌跡產(chǎn)生模塊，將數(shù)控代碼翻譯成每個(gè)伺服軸運(yùn)動(dòng)所對(duì)應(yīng)的指令代碼，然后由軸控制模塊實(shí)現(xiàn)伺服控制。控制算法既可以采用PMAC提供的通用算法，也可由用戶指定，并通過PC總線下載到PMAC中。下位機(jī)通過輸入輸出端口與外部的傳感器和執(zhí)行器相連，如按紐開關(guān)、指示燈等。由于下位機(jī)具有強(qiáng)大的可編程離散邏輯控制能力，可實(shí)時(shí)地監(jiān)視外設(shè)的模擬和數(shù)字輸入信號(hào)、設(shè)置狀態(tài)輸出、傳遞信息、監(jiān)視運(yùn)動(dòng)參數(shù)等。其控制邏輯采用文件形式由上位機(jī)定制，因此具有很大靈活性。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求更強(qiáng)的任務(wù)，如位置限制信號(hào)和回零信號(hào)的處理，以及一些系統(tǒng)運(yùn)行安全性檢查等，則由下位機(jī)直接進(jìn)行，上位機(jī)只接受處理后的完成信息，這樣可保持系統(tǒng)的運(yùn)行安全。 4 數(shù)控中心控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 模塊化是系統(tǒng)軟件編碼的前導(dǎo)，它確定系統(tǒng)由哪些模塊組成、模塊之間的相互關(guān)系、模塊獨(dú)立的功能和輸入輸出數(shù)據(jù)的規(guī)格，使模塊不會(huì)產(chǎn)生混亂。 [align=center] 圖1 基于PMAC數(shù)控系統(tǒng)的軟件組成[/align] 由于PMAC具有良好的軟件開放性，從而大大方便了數(shù)控軟件系統(tǒng)的開發(fā)。數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖1所示，由主控模塊及各個(gè)功能模塊組成。主控模塊為用戶提供一個(gè)友好的系統(tǒng)操作界面，在此界面下，系統(tǒng)的各功能模塊以菜單的形式被調(diào)用。系統(tǒng)的功能模塊可分為實(shí)時(shí)控制類功能模塊和非實(shí)時(shí)管理類模塊兩大類。實(shí)時(shí)控制類功能模塊是控制機(jī)床當(dāng)前運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作的軟件模塊。非實(shí)時(shí)管理類模塊可利用PC微機(jī)和PMAC所提供的計(jì)算機(jī)語言和軟件工具實(shí)現(xiàn)。由于時(shí)間響應(yīng)要求不高，故由PC微機(jī)負(fù)責(zé)運(yùn)行。在實(shí)時(shí)控制類功能模塊中，PMAC已提供了基本功能，僅需進(jìn)行簡單的參數(shù)輸入或選擇便可直接調(diào)用。如：加工程序解釋模塊可在PEWIN環(huán)境下對(duì)已有的PMAC解釋程序進(jìn)行編輯和調(diào)試，并下載到PMAC固定內(nèi)存中，在實(shí)際加工時(shí)被PMAC自動(dòng)調(diào)用；可直接選擇調(diào)用PMAC提供的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)及樣條插補(bǔ)功能，也可自行定義C、M、T代碼。 PLC控制程序是用于機(jī)床系統(tǒng)的開關(guān)量的邏輯控制。PLC程序可以極高的采樣速率監(jiān)視模擬輸人和數(shù)字輸入、設(shè)定輸出值、發(fā)送信息、改變增益、命令運(yùn)動(dòng)停止/起動(dòng)等作業(yè)，以5-10ms甚至更高的循環(huán)速度對(duì)PLC程序進(jìn)行反復(fù)掃描。PLC程序由系統(tǒng)I/O端口映射、回參考點(diǎn)、使能許可，自動(dòng)、單步、點(diǎn)動(dòng)等工作方式，快速、增量、倍率等速率調(diào)整，冷卻、潤滑、主軸電機(jī)啟停等控制子程序組成。PLC程序采用PMAC提供的命令語言編寫，可以直接運(yùn)行，也可經(jīng)編譯后執(zhí)行。 5 結(jié)束語 計(jì)算機(jī)數(shù)控玻璃雕刻機(jī)是集成CAD/CAM技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、玻璃光學(xué)表面成型技術(shù)為一體而發(fā)展起來的高新技術(shù)設(shè)備，本論文主要對(duì)其中心控制系統(tǒng)作了研究。通過介紹一種基于PMAC運(yùn)動(dòng)控制器的開放式數(shù)控系統(tǒng)，將其應(yīng)用于自動(dòng)玻璃雕刻機(jī)。在當(dāng)前技術(shù)條件下，采用這種基于上、下位機(jī)的雙CPU開放式的數(shù)控系統(tǒng)，具有較大的實(shí)用價(jià)值。