摘要:在現(xiàn)代裝備制造業(yè)繁榮發(fā)展的過程中，裝備的功能和性能都取決于數(shù)控加工這一關鍵技術(shù)．在開放式數(shù)控系統(tǒng)上，以PMAC為基礎，進行數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)，分別對數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的硬件模塊和軟件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與開發(fā)進行了探討，構(gòu)建了比較完善的開放式數(shù)控系統(tǒng)．

在當前的市場上，數(shù)控系統(tǒng)中的硬件模塊和軟件結(jié)構(gòu)基本都是專用的，兼容性非常差，在科學技術(shù)不斷進步的過程中，缺點逐漸暴露出來．基于此，以PMAC為基礎，對數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的硬件模塊和軟件結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化與開發(fā)，進而構(gòu)建出比較完善的開放式數(shù)控系統(tǒng)．

1、基于PMAC的數(shù)控系統(tǒng)總體概述

在進行開放式數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)建時，系統(tǒng)的實現(xiàn)途徑是首先需要考慮的問題，對于開放式數(shù)控系統(tǒng)的實現(xiàn)，要充分的考慮該系統(tǒng)的發(fā)展特點、開發(fā)的成本、開發(fā)的難度等因素，最終選擇出恰當?shù)膶崿F(xiàn)方式，基于這些方面的因素，本文中采用的形式為IPC+可編程運動控制器．所謂IPC+可編程運動控制器形式，是指在IPC的基礎上，將可編程運動控制器嵌入進去［1］．實際上，此種系統(tǒng)的運行平臺為IPC，而核心性的部件為可編程運動控制器，這種形式的開放式數(shù)控系統(tǒng)所具備的擴展性是非常好的，當用戶需要進行

再次開發(fā)時，該形式完全支持．此系統(tǒng)的開放性有兩級，一個是上級，另一個是下級．除了具備成本低的優(yōu)點之外，對于用戶自定義的軟件，在系統(tǒng)中能夠比較好的運行，與傳統(tǒng)的CNC相比，該系統(tǒng)界面所具備的友好性更優(yōu)．

2、硬件模塊開發(fā)

2．1總體結(jié)構(gòu)

基于PMAC的數(shù)控系統(tǒng)在進行開發(fā)時，PMAC型號的選擇是非常重要的一個環(huán)節(jié)．在本文研究開發(fā)的系統(tǒng)中，選擇的運動控制卡為PMACC2A－PC104型，這個型號的運動控制卡屬于板卡級產(chǎn)品，比較適合應用于嵌入式系統(tǒng)中．控制卡具備十分緊湊的結(jié)構(gòu)，在使用的過程中成本比較少，具備比較高的經(jīng)濟性［2］．

根據(jù)上面的闡述可知，本文中開發(fā)的基于PMAC的數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)形式為IPC+可編程運動控制器，此可編程運動控制器選擇的就是PMAC運動控制卡．由此，開放式數(shù)控系統(tǒng)的實現(xiàn)形式為IPC+PMAC，在開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)中，選擇的IPC為上位機，主要的職責就是完成非實時性的任務，比如系統(tǒng)管理等，對于系統(tǒng)內(nèi)的資源，合理的進行分配，在傳遞信息時，速度非?？欤\動控制卡的主要任務是進行控制，控制的對象為運動軸，具備極強的實時性，同時，還擔負采集的職責，各軸的測量信息都在采集的范圍之內(nèi)．I/O卡的主要功能是輸入和輸出，當各種開關量信號需要進行輸入或輸出時，I/O卡就開始工作，其所完成的也是實時性的任務．

圖1IPC+PMAC總體結(jié)構(gòu)圖

2．2工控機

工控機是指工業(yè)控制計算機，在工業(yè)環(huán)境中，其運行具備較高的可靠性，與傳感器等裝備能夠?qū)崿F(xiàn)直接連接，從而有效地完成測控任務．無論是生產(chǎn)現(xiàn)場還是機械設備的組成部分，工控機都可以實現(xiàn)有效的應用，在生產(chǎn)現(xiàn)場，對整個生產(chǎn)過程進行實時的監(jiān)控，并完成數(shù)據(jù)采集、處理和控制任務，而當工控機作為機械設備的組成部分時，主要的就是完成控制任務［3］．工控機的性能非常的穩(wěn)定，在運算時，具備很快的速度．除此之外，工控機還具備兩大優(yōu)點，一個是可靠性高，另一個是具備較高的環(huán)境適應能力．基于PMAC的數(shù)控系統(tǒng)在開發(fā)的過程中，模擬的是工業(yè)環(huán)境，因此系統(tǒng)中選擇的工控機型號為PLK－450，此種型號的工控機在嵌入PMAC卡時，便捷性非常好．另外，工控機所配備的接口為USB型，即使PMAC卡與工控機之間的安裝形式分裝，通信也能夠有效的保證．

2．3主基板

在開放式數(shù)控系統(tǒng)中，需要對5個軸進行控制，而PMACC2A－PC104在進行控制時，可以同時對4個軸進行控制，這就需要對運動控制卡進行擴展．在數(shù)控系統(tǒng)中，主卡為此型號的運動控制卡，隨后添加一個副卡，副卡選擇的是ACC－1P軸擴展板，此擴展板同樣具備4個通道．由此一來，數(shù)控系統(tǒng)中所具備的軸數(shù)就增加為8個．

2．4I/O板

對于運動控制系統(tǒng)來說，除了要執(zhí)行運動程序之外，還需要執(zhí)行邏輯控制程序．通常來說，原點、限位、主軸功能等都是數(shù)控系統(tǒng)中需要處理的邏輯變量，在對這些邏輯變量進行處理時，多是由可編程邏輯控制器來進行．在開發(fā)的開放式數(shù)控系統(tǒng)中，原點和限位的處理可以由主卡來進行，而其他的邏輯處理則需要利用I/O板來實現(xiàn)，并且要對其進行擴展，擴展的實現(xiàn)也是由擴展板來實現(xiàn)，型號為ACC－2P．

3、軟件結(jié)構(gòu)開發(fā)

3．1軟件開發(fā)核心技術(shù)

在開放式數(shù)控系統(tǒng)中，軟件是十分重要的組成部分，對數(shù)控系統(tǒng)的功能有著重要的影響．在進行控制系統(tǒng)軟件開發(fā)時，要注意以下四個方面的技術(shù)問題:第一，合理的選擇軟件開發(fā)平臺．軟件開發(fā)需要通過相應的開發(fā)平臺來實現(xiàn)，在進行控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)平臺搭建時，平臺除了要具備軟件開發(fā)的功能之外，還需要蘊含十分豐富的開發(fā)資源，以便于二次開發(fā)或后續(xù)使用的實現(xiàn)．在進行基于PMAC的開放式數(shù)控系統(tǒng)軟件開發(fā)時，以Windows2000為操作平臺來實現(xiàn)軟件開發(fā)，同時，開發(fā)資源來源于PMAC的動態(tài)鏈接庫［5］;第二，插補算法的確定．當前，在控制機床軌跡時，采用的插補策略為粗插補和精插補結(jié)合的方式，然而在進行插補的過程中，受到采樣頻率的制約，在一些中低速場合中，此種方法具備很好的插補效果，但是如果是高速高精度場合，此種插補策略無法滿足要求．基于此，在進行軟件開發(fā)時，選擇的插補算法為高速高精度，這在PMAC具備的功能中可以很好的實現(xiàn);第三，注重軟件伺服控制的性能．數(shù)控系統(tǒng)的主要目的是對數(shù)控技術(shù)進行控制，在實現(xiàn)控制目標的過程中，最終的部分就是伺服控制，通過伺服控制的功能，使得數(shù)控加工過程中，精度和速度都能夠滿足加工的要求．因此，在進行軟件開發(fā)時，就必須要十分注重軟件伺服控制的性能，在PMAC運動控制卡中，所提供的算法為數(shù)字PID伺服控制，由此一來，伺服控制所具備的性能就非常的優(yōu)良;第四，保證軟件開發(fā)的可靠性及效率．數(shù)控系統(tǒng)中的軟件所承擔的任務是比較多的，在軟件設計的過程中，必須要保證軟件具備完成這些任務的功能，由此導致軟件設計與開發(fā)的復雜性比較高，為了保證軟件開發(fā)具備較高的可靠性，同時在保證性能的基礎上盡量地縮短開發(fā)周期，就需要采用恰當?shù)拈_發(fā)語言．在PMAC的動態(tài)鏈接庫中，能夠?qū)崿F(xiàn)高級語言開發(fā)的支持．因此，在進行軟件設計時，采用的設計方法為模塊化程序設計，進而不但滿足了可靠性及高效率的要求，而且在軟件使用的過程中，維護非常的簡單［6］．

3．2數(shù)控系統(tǒng)軟件開發(fā)

具體說來，開放式數(shù)控系統(tǒng)在進行軟件開發(fā)時，主要包含兩個部分，一部分是PMAC實時控制軟件，另一個部分是系統(tǒng)管理軟件．對于PMAC實時控制軟件，在進行設計時，開放性是必須要充分考慮的因素，不同的用戶具備不同的功能需求，開發(fā)出來的PMAC實時控制軟件要支持用戶增加軟件功能模塊;而對于系統(tǒng)管理軟件來說，所承擔的功能并不具備實時性，比如系統(tǒng)初始化、故障診斷、系統(tǒng)進程管理等．軟件開發(fā)的進行需要以系統(tǒng)設計要求為依據(jù)．首先，分析系統(tǒng)的需求功能;其次，根據(jù)系統(tǒng)功能，對軟件所承擔的功能進行有效地劃分;最后，以Windows2000操作平臺以及開發(fā)資源為基礎，完成軟件開發(fā)［7］．

開放式數(shù)控系統(tǒng)的控制軟件具備開放性的特征，主要包含五個層次，這五個層次的不同功能形成了控制軟件的體系結(jié)構(gòu)，見圖2．開放式數(shù)控系統(tǒng)軟件開發(fā)最關鍵的一個環(huán)節(jié)是在操作系統(tǒng)的選擇上，因為它是一個實時的多任務控制系統(tǒng)，也只有這樣，才能確保數(shù)控系統(tǒng)控制的實時性．

控制軟件的開發(fā)在Windows2000平臺上進行，采用的開發(fā)語言為VB語言，在數(shù)控系統(tǒng)中，大部分的任務都是實時性任務．因此，PMAC與IPC之間通信的建立、故障診斷、參數(shù)輸入等都是軟件開發(fā)過程中的重點．在PMAC運動控制器中，包含軟件包Pcomm32，此軟件包具備較強的開放性，同時，其中還包含ActiveX通信空間，當IPC與PMAC通信時，只需通過這兩項功能就可以有效地實現(xiàn)通信．由此一來，通信設計中比較繁瑣的驅(qū)動程序設計就可以直接省略，提升了軟件開發(fā)的效率．除了開放性之外，利用VB語言開發(fā)出來的軟件具備的可移植性也非常好．通過Windows2000與VB語言的有效結(jié)合，再加上編程時采用面向?qū)ο蠓?，保證了軟件開發(fā)的可靠性．同時，PMAC的動態(tài)鏈接庫中具備豐富的開發(fā)資源，促使軟件開發(fā)的順利實現(xiàn)，也保證了軟件基本功能的實現(xiàn)．

圖2控制軟件的體系結(jié)構(gòu)

4、結(jié)論

數(shù)控技術(shù)的開發(fā)與應用促進了現(xiàn)代裝備制造業(yè)的繁榮發(fā)展，在應用數(shù)控技術(shù)的過程中，需要通過數(shù)控系統(tǒng)來對其進行控制，以便于保證數(shù)控加工的速度及精度．原有的數(shù)控系統(tǒng)所具備的開放性不足，為了改善這個問題，在PMAC的基礎上，開發(fā)了開放式的數(shù)控系統(tǒng)．在明確系統(tǒng)的總體框架之后，通過相應的硬件模塊開發(fā)與軟件結(jié)構(gòu)開發(fā)，不僅保證了數(shù)控系統(tǒng)的開放性，同時提升了數(shù)控系統(tǒng)的性能，有效地實現(xiàn)了控制，最終推進了現(xiàn)代裝備制造業(yè)長久的發(fā)展．

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