介紹了嵌入PMAC多軸運動控制器的開放式數(shù)控系統(tǒng)，并詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)在自動玻璃雕刻機中心數(shù)控系統(tǒng)的具體應(yīng)用，包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩大模塊。 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械行業(yè)很難介人。針對這種情況，我們設(shè)計了采用計算機數(shù)字控制的玻璃雕刻機。該系統(tǒng)采用PC+PMAC（Programmable Multipie Axis Controller）開放式多軸運動控制器的控制方式，將PMAC運動控制卡插入PC機的標(biāo)準(zhǔn)插槽中作實時控制，而PC機作為人機界面和系統(tǒng)管理的上位機。通過模塊化設(shè)計，建立統(tǒng)一的可重構(gòu)的系統(tǒng)平臺。這樣不但增強了數(shù)控系統(tǒng)的柔性和適應(yīng)性，而且還由于PMAC卡的開放性，可使我國玻璃機械加工技術(shù)進一步得到開發(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。本文主要是對自動玻璃雕刻機中心數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)和研究。該系統(tǒng)采用多軸運動控制器PMAC卡作為伺服運算和控制主體插入工控機的標(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、編碼器、電源等，構(gòu)成一個模塊化的基于PMAC的開放式數(shù)控系統(tǒng)?；赑MAC的數(shù)控系統(tǒng)，具有開發(fā)周期短、成本低、插補軸數(shù)多（四軸以上）、控制精度高等特點。在這個體系結(jié)構(gòu)中，數(shù)控伺服運 算和控制完全由PMAC卡來完成，PC機及各種通用接口都處于整個數(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，對于用戶來說，它面對的終端完全是PC微機的體系，可以使用Windows9x/NT的操作系統(tǒng)，用戶不會產(chǎn)生陌生感。數(shù)控NC軟件采用的是界面化的人機交互方式，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展。另一方面，數(shù)控系統(tǒng)的伺服運算、反饋控制、實時任務(wù)處理等程序工作都由PMAC多軸運動控制器和PLC可編程邏輯器來完成，具有高精度、高速度的特點。 3 中心數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計原理 由于Windows 9x/NT操作系統(tǒng)無法滿足數(shù)控加工的實時性要求，因此本文所述的數(shù)控系統(tǒng)采用了基于上位機和下位機的雙CPU開放式數(shù)控系統(tǒng)。下位機由PMAC運動控制器來實現(xiàn)，主要承擔(dān)實時性任務(wù)，如伺服控制、路徑規(guī)劃、可編程邏輯控制；上位機為工業(yè)控制計算機，主要完成數(shù)控編程、數(shù)控仿真、圖形插補和人機界面處理、網(wǎng)絡(luò)功能等非實時任務(wù)。上位機中的控制內(nèi)核是整個數(shù)控系統(tǒng)的核心，它通過對調(diào)用對應(yīng)于下位機中各種變量和功能的應(yīng)用程序接口與下位機交換信息，并負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。操作面板和人機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)包括電機手動控制參數(shù)、伺服調(diào)節(jié)參數(shù)、坐標(biāo)參數(shù)、電機安全運動參數(shù)等。上、下位機之間的通訊采用PC總線?？刂苾?nèi)核將參數(shù)集合中改變的信息，通過PC總線傳遞到下位機的控制參數(shù)模塊中。同時，下位機也通過PC總線將系統(tǒng)實時運行狀態(tài)信息傳遞到上位機，顯示在用戶終端上。數(shù)控系統(tǒng)還提供了圖形編程模塊，用戶只需通過人機交互，輸入必要的一些刀具信息等，自動轉(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卡能識別的運動程序并下載給下位機，下位機通過軌跡產(chǎn)生模塊，將數(shù)控代碼翻譯成每個伺服軸運動所對應(yīng)的指令代碼，然后由軸控制模塊實現(xiàn)伺服控制?？刂扑惴瓤梢圆捎肞MAC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。由于下位機具有強大的可編程離散邏輯控制能力，可實時地監(jiān)視外設(shè)的模擬和數(shù)字輸入信號、設(shè)置狀態(tài)輸出、傳遞信息、監(jiān)視運動參數(shù)等。其控制邏輯采用文件形式由上位機定制，因此具有很大靈活性。對于實時性要求更強的任務(wù)，如位置限制信號和回零信號的處理，以及一些系統(tǒng)運行安全性檢查等，則由下位機直接進行，上位機只接受處理后的完成信息，這樣可保持系統(tǒng)的運行安全。 4 數(shù)控中心控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 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、模塊獨立的功能和輸入輸出數(shù)據(jù)的規(guī)格，使模塊不會產(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，由主控模塊及各個功能模塊組成。主控模塊為用戶提供一個友好的系統(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時控制類功能模塊和非實時管理類模塊兩大類。實時控制類功能模塊是控制機床當(dāng)前運動和動作的軟件模塊。非實時管理類模塊可利用PC微機和PMAC所提供的計算機語言和軟件工具實現(xiàn)。由于時間響應(yīng)要求不高，故由PC微機負(fù)責(zé)運行。在實時控制類功能模塊中，PMAC已提供了基本功能，僅需進行簡單的參數(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)境下對已有的PMAC解釋程序進行編輯和調(diào)試，并下載到PMAC固定內(nèi)存中，在實際加工時被PMAC自動調(diào)用；可直接選擇調(diào)用PMAC提供的直線插補、圓弧插補及樣條插補功能，也可自行定義C、M、T代碼。 PLC控制程序是用于機床系統(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、命令運動停止/起動等作業(yè)，以5-10ms甚至更高的循環(huán)速度對PLC程序進行反復(fù)掃描。PLC程序由系統(tǒng)I/O端口映射、回參考點、使能許可，自動、單步、點動等工作方式，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，可以直接運行，也可經(jīng)編譯后執(zhí)行。 5 結(jié)束語 計算機數(shù)控玻璃雕刻機是集成CAD/CAM技術(shù)、計算機數(shù)控技術(shù)、電機驅(qū)動技術(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，本論文主要對其中心控制系統(tǒng)作了研究。通過介紹一種基于PMAC運動控制器的開放式數(shù)控系統(tǒng)，將其應(yīng)用于自動玻璃雕刻機。在當(dāng)前技術(shù)條件下，采用這種基于上、下位機的雙CPU開放式的數(shù)控系統(tǒng)，具有較大的實用價值。