基于PMAC的活塞車床開放式數(shù)控系統(tǒng)

圖1 活塞車床的X軸進給機構(gòu)結(jié)構(gòu)

圖2 活塞車床整體結(jié)構(gòu)圖

2、活塞車床數(shù)控系統(tǒng)設計

已成為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢的開放式數(shù)控系統(tǒng)是計算機硬件技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)融人數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)物，它具有強大的適應性和靈活配置能力，能適應各種數(shù)控設備，可靈活配置，隨意集成。該系統(tǒng)遵循統(tǒng)一的標準體系結(jié)構(gòu)規(guī)范，模塊之問具有兼容性，部件具有互換性和互操作性。目前的開放式數(shù)控系統(tǒng)主要有以下3種結(jié)構(gòu)：

(1) PC機＋數(shù)控專用模塊

即在Pc機上嵌入數(shù)控專用模板。這種數(shù)控系統(tǒng)的開放性只限于PC微機部分，其專業(yè)的數(shù)控部分仍處于封閉狀態(tài)。

(2) PC機＋可編程運動控制器

這種基于開放式可編程運動控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以通用微機為平臺，以PC機標準插件形式的可編程運動控制器為控制核心，雙CPU并行通信，是一種便于開發(fā)的全方位開放式體系結(jié)構(gòu)。

(3) 純PC機

即完全采用PC機的全軟件形式的數(shù)控系統(tǒng)。這類系統(tǒng)由于受到PC機實時性的限制，目前正處于探索階段。

本數(shù)控系統(tǒng)采用的是第二種方式，即IPC十PMAC(programmable multi－axes controller)的開放式結(jié)構(gòu)體系，系統(tǒng)運行速度快、控制精度高、開發(fā)周期短。數(shù)控系統(tǒng)軟件采用VC+6.0開發(fā)，使用美國Delta Tau公司提供的動態(tài)鏈接庫PComm32。

2.1 數(shù)控系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。工控機采用研祥的PCl04／PⅢ800型嵌入式： 控機，主板上配有104總線接口。運動控制卡采用美國Delta Tau公司的PMAC2／PC104型控制卡，可以直接和104總線接口的工控機相連。PMAC的核心是MOTOROLA的DSP56001／56002數(shù)字信號處理器，可同時控制1～8個軸，既可單獨執(zhí)行存儲于其內(nèi)部的程序，也可執(zhí)行運動程序和PLC程序，并進行伺服環(huán)更新及以串口、總線兩種方式與上位機進行通信。PMAC還可自動對任務優(yōu)先級進行判別，從而進行實時多任務處理。由于PMAC卡具有強大的數(shù)字運算能力來完成數(shù)控捅補、PLC程序運行等實時任務，簡化了實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)實時性任務的開發(fā)T作，只需根據(jù)要求開發(fā)上位機界面、NC程序編輯、機床狀態(tài)量讀取等非實時任務。工控機和PMAC之間通過104總線通信，只需通過調(diào)用動態(tài)鏈接庫PComm32就可實現(xiàn)兩者間的實時通信。

圖3 數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

2.2 數(shù)控系統(tǒng)軟件設計

活塞車床數(shù)控系統(tǒng)的軟件采用模塊化沒計，用面向?qū)ο蟮母呒壵Z言VC++ 6.0編寫，通過PMAC提供的動態(tài)鏈接庫管理實時運動程序。系統(tǒng)軟件主要包括上位機人機界面、上下位機通信程序和PLC程序等幾部分。軟件的結(jié)構(gòu)如圖4所示。上位機人機界面為用戶提供一個系統(tǒng)操作界面，在此界面下，系統(tǒng)的各功能模塊以菜單和對話框的形式被調(diào)用。PLC控制程序用于機床系統(tǒng)開關(guān)量的邏輯控制。動態(tài)鏈接庫PComm32提供函數(shù)同底層的虛擬設備驅(qū)動程序進行數(shù)據(jù)交換，然后由虛擬設備驅(qū)動程序直接和PMAC交換數(shù)據(jù)。

圖4 數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

(1) 人機界面程序編制

數(shù)控活塞車床的上位人機界面程序主要是將數(shù)控系統(tǒng)的操作界面顯示在屏幕上，為操作者提供一個直觀的操作環(huán)境。這是數(shù)控軟件開發(fā)中較重要的一部分，主要包括程序編輯、系統(tǒng)參數(shù)配置、加上運行、狀態(tài)顯示、自診斷和在線幫助等。程序編輯界面主要用于數(shù)控文件的編輯、復制、存儲和刪除等操作，實現(xiàn)文檔和系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的管理。系統(tǒng)參數(shù)配置界面可以方便地配置M變量、I變量、電機參數(shù)等各個系統(tǒng)參數(shù)。加工運行界面用于將NC代碼進行解釋并下載到PMAC巾，通過PMAC去執(zhí)行插補等功能。狀態(tài)顯示界面用于顯示電機的實際位置、命令位置、速度以及運動時間等各種狀態(tài)參數(shù)，通過顯示的參數(shù)來了解加工性能的好壞，從而根據(jù)需要在系統(tǒng)配置界面中調(diào)整參數(shù)設置。自診斷界面用于顯示各種主要故障原因及其初步解決方案。在線幫助界面為用戶提供該人機界面的使用幫助說明。整個人機界面基于Windows環(huán)境，采用菜單式按鈕，具有很好的人機交互性。

(2) 上下位機通信程序編制

為了便于PMAC與上層Windows進行通信，Delta Tau公司提供r PComm32動態(tài)鏈接庫作為上層應用程序與PMAC之間通信的橋梁。PComm32是一個非常有效的開發(fā)工具，它包括了所有與PMAC的通信方法，并且與VC++等開發(fā)軟件有很好的兼容性，開發(fā)者只需要往VC程序中調(diào)用動態(tài)鏈接庫就能完成上位機同PMAC之間的數(shù)據(jù)交換。下面介紹在VC++6．0環(huán)境下調(diào)用PComm32動態(tài)鏈接庫及庫函數(shù)的方法。PComm32共包含丁250多個函數(shù)，但常用的并不多，只要掌握了下面幾個就可以完成大部分的通信功能：

Open Pmac Device()／／為應用程序使用PMAC打開一個通道；
Close Pmac Device()／／當程序運行完畢后關(guān)閉所打開的通道；
Pmac Get PesponseA()／／發(fā)送一個命令字符串給PMAC，并從緩沖區(qū)得到PMAC的反饋；
Pmac Configure()／／調(diào)出配置對話框并修改PMAC的參數(shù)；
Pmac Down LoadA()／／將程序從Pc下載到PMAC；
Pmac Send CommandA()／／發(fā)送一個命令字符串給PMAC。

掌握了這幾個函數(shù)的使用方法，就可在VC++6.0環(huán)境下凋用PComm32動念鏈接庫，還需要用到Windows的幾個API函數(shù)：

LoadLibrary／／加載動態(tài)庫；
GetProcAddress／／取得相應函數(shù)地址、FreeLibrary／／卸載動態(tài)庫。

要調(diào)用動態(tài)庫函數(shù)，首先要在頭文件巾為所需的函數(shù)定義函數(shù)指針類型，其參數(shù)要和動態(tài)庫的函數(shù)原型相同。接下來要在該文件中定義3個函數(shù)指針：

Open Pmac open、Close Pmac close、Pmac Get pmaeget，然后在執(zhí)行文件中加載動態(tài)庫，獲得相應的函數(shù)地址并賦值給所定義的函數(shù)指針，程序段如下：

hMyD1 1=LoadLibrary(“pmac”)／／加載動態(tài)庫；
open=(OpenPmac)GetProcAddress(hMy D1 1)，“Open Piilac Device”／／得到函數(shù)地址并賦給函數(shù)指針；
close = (ClosePmac)GetProcAddress(hMyD1 1，“ClosePmac Device”)
pmacget= (PmacGet)GetProcAddress(hMyD 1 1，“Pmac Get ResponseA”)／／通過指向函數(shù)的指針調(diào)用該函數(shù)；

if(open!=NULL)
{
( opeil)(0)／／初始化函數(shù)；
SetTimer(1，lo，NULL)／／設定定時器采集時間為lOOms：
︳
void CP comm Dig：：On Timer(UINT nlDEvent)／／定時器響應函數(shù)；
︳
( pmacget)(0，buf，255，“rx0”)／／讀取PMAC寄存器xO的值并存放在buf中；
Update(FALSE)
CDialog：：On Timer(nIDEvent)
︳
／／在退出程序的時候要卸載動態(tài)庫；
BOOL CPcommDlg：：Destroy Window()
{
( close)(0)／／關(guān)斷與PMAC的通信；
Free Library(hMy DLL)／／卸載動態(tài)庫；
Return CDialog：：Destroy Window()
}

(3) PLC程序的編制

系統(tǒng)的PLC程序主要完成系統(tǒng)的初始化和對各種輸入輸出量進行監(jiān)控，主要包括限位、冷卻、潤滑、指示燈管理、主軸電機啟停等子程序。PMAC帶有內(nèi)置的軟PLC功能，其運行是由PMAC來實現(xiàn)的。當運動程序在前臺有序運行時，PMAC可以在后臺運行多達32個異步PLC程序。PLC程序可以以極高的采樣速率監(jiān)視模擬和數(shù)字輸入、設定輸出值、發(fā)送信息、改變增益，命令運動停止／啟動等作業(yè)。PLC程序的語法采用IF—ELSE結(jié)構(gòu)的類C語言，開發(fā)者很容易就能寫出所需的PLC程序，然后可利用PMAC自帶的軟件開發(fā)平臺進行編輯、編譯，最后下載到PMAC卡中運行。

3、結(jié)束語

(1) 采用直線電機驅(qū)動和直線導軌保證了非圓車削的快速響應性和高剛度要求。

(2) 基于IPC+PMAC結(jié)構(gòu)的活塞車床數(shù)控系統(tǒng)，充分利用了PMAC控制器強大的伺服控制功能、直線電機的高頻響應特性和PC機高效靈活的編程功能，硬件組成簡單，軟件開發(fā)方便，整個系統(tǒng)開發(fā)周期短，開放性和可擴展性較強，適合于多品種、小批量活塞的開發(fā)和生產(chǎn)。