引言

數控系統主要是由硬件和軟件兩大部分組成。系統控制軟件配合硬件合理的組織、管理數據系統的輸入、數據處理、插補和輸出信息與控制執行部件，使數控卷板機按照操作者的要求，實(shí)現卷制。

1 數控系統的硬件設計

該系統采用層次化CNC系統思想，即PC工控機的CPU作為核心管理者，完成對底層設備的管理和宏觀(guān)控制。而卷板機的位置控制PLC 控制由PMAC Programmable Multiple-Axes Controller 的專(zhuān)用CPU來(lái)控制。根據以上硬件設計原則，結合卷板機數控系統的特點(diǎn)，提出了一種以PMAC運動(dòng)控制器為控制核心，工控機為系統支撐單元的雙CPU開(kāi)放式數控系統。

硬件設計應用了PC硬件技術(shù)。整個(gè)系統的基礎是Pentium III 400 工業(yè)控制機，采用工控機的CPU 作為系統的主處理器，完成系統的管理、人機交互動(dòng)態(tài)顯示、預處理、參考計算及圖像處理。采用標準總線(xiàn)技術(shù)(ISA 總線(xiàn))，有效的解決了因總線(xiàn)不同所帶來(lái)的硬件不能公用問(wèn)題。

具有強大的人機交互操作功能。機床操作人員可以通過(guò)軟盤(pán)在I/O 設備輸入加工所需信息，也可以通過(guò)系統所提供的編輯功能，輸入加工信息系統運行時(shí)，顯示器上的圖像和數據反映各個(gè)位置傳感器反饋的加工信息。可以通過(guò)鍵盤(pán)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編碼器，1048線(xiàn)。通過(guò)位置傳感器反饋達到半閉環(huán)控制，以保證機床的定位精度和運動(dòng)精度。強大的開(kāi)放式模塊化硬件結構。CNC 系統包括以下模塊：運動(dòng)控制模塊、PLC 模塊、基本輸入輸出模塊、通訊模塊。運動(dòng)控制模塊是獨立完成運動(dòng)功能的模塊，是硬件和軟件的集合體，控制目標是速度位置及轉矩。PMAC 是功能強大的運動(dòng)控制器，在系統中起著(zhù)關(guān)鍵作用，是極其重要的一個(gè)模塊。

PMAC自帶高速CPU，是一個(gè)具有獨立內存、獨立運算操作能力的計算機，可接受PC主機的命令進(jìn)行工作，也可脫機運行獨立工作。系統開(kāi)發(fā)了PMAC運動(dòng)控制器的如下功能：1，用增量式A/B正交編碼器實(shí)現位置和速度反饋，也可以連接一些適當的附件實(shí)現反饋。2，運用PMAC運動(dòng)控制器的DSP板具有的強大的計算功能，對變量、常量進(jìn)行算術(shù)、邏輯以及超越運算操作，進(jìn)而避免了主機在進(jìn)行這些操作時(shí)所造成的計算延遲和通訊延遲。3，利用PMAC的多軸運動(dòng)程序管理功能。PMAC運動(dòng)控制器的內存可以存儲多達256 個(gè)運動(dòng)程序。在PMAC運動(dòng)控制上執行的運動(dòng)控制語(yǔ)言具有BASIC或C等高級計算機語(yǔ)言的特點(diǎn)，同時(shí)它與G代碼機床兼容，并且可直接接受G代碼命令。計算結構和邏輯結構與計算機語(yǔ)言相似，并且運動(dòng)規范與機床工業(yè)中所使用的相似。4，后臺PLC功能。當運動(dòng)程序在前臺有序地運行時(shí)，PMAC 運動(dòng)控制器可以在后臺運行多達32不同PLC功能。同時(shí)PMAC提供了非專(zhuān)用的數字輸入和輸出口。利用這些I/O口，程序可以完成PLC功能PLC程序與運動(dòng)程序共享同一種邏輯結構，但不能控制運動(dòng)軸。

PMAC接口的設計。卷板機數控系統的執行元件并不是伺服電機，其位置控制是通過(guò)磁柵和旋轉編碼器來(lái)實(shí)現位置反饋，使用MACHI口連接了4組傳感器，用來(lái)檢測位置實(shí)現位置控制卷板機控制系統中所有狀態(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)作為主機和PMAC之間通訊的橋梁。DPRAM是PMAC的備選件，為主機和PMAC之間的可以共享的高速內存區。利用DPRAM，PMAC 和主機之間可以實(shí)現高速重復不需“握手”的數據通訊，實(shí)時(shí)方便地進(jìn)行數據交換。例如，主機可以將位置、速度信息實(shí)時(shí)地AM發(fā)送到PMAC，由PMAC 進(jìn)行位置控制；同時(shí)，主機還可以讀取PMAC 存放在DPRAM中的機床狀態(tài)信息。

此數控系統采用計算機總線(xiàn)和PMAC 進(jìn)行通訊，實(shí)現主機的實(shí)時(shí)中斷，進(jìn)而有效地提高了通訊效率和通訊速度。當PMAC產(chǎn)生的終端信號出現在主機的總線(xiàn)上時(shí)，主機開(kāi)始計算新的控制數據并將數據寫(xiě)入到DPRAM中，PMAC 則從DPRAM中讀出數據對電機進(jìn)行控制；同時(shí)主機從DPRAM 中讀出反饋數據，進(jìn)行處理，完成實(shí)時(shí)顯示機床位置機床狀態(tài)監控等功能。

2 數控系統的軟件設計

為了保持所開(kāi)發(fā)系統的技術(shù)先進(jìn)性，同時(shí)使系統有一定的功能可擴展性，項目選擇了開(kāi)放式數控系統的設計思想與方法。其系統的總體方案如圖3所示。