前言

        當前，開放型、模塊化和集成化已成為數(shù)控技術發(fā)展的趨勢。為此，世界各國都在抓緊研究制訂開放式高性能數(shù)控系統(tǒng)平臺的標準及其規(guī)范，并進行相關產(chǎn)品的開發(fā)，如美國的NGC、OMAC項目、歐洲的OSACA計劃及日本的OSEC計劃等。與此同時，世界上各大數(shù)控生產(chǎn)廠商也紛紛推出了基于開放式、模塊化和集成化的高性能數(shù)控系統(tǒng)。
　　
　　關于開放式數(shù)控系統(tǒng)的特征通常認為其包括硬件系統(tǒng)的開放性和軟件系統(tǒng)的開放性，開放的硬件系統(tǒng)由微型機及模塊化的速度控制單元、位置控制單元和內置的PLC構成；開放的軟件系統(tǒng)是指數(shù)控軟件系統(tǒng)的設計模塊化及模塊間的接口標準化。目前，開放式數(shù)控系統(tǒng)有3種實現(xiàn)途徑：一是PC機數(shù)控模板；二是PC機可編程運動控制器；三是純PC機型。
　　
　　這種基于開放式可編程運動控制器的系統(tǒng)結構以通用微機為平臺，以PC機標準插件形式的開放式可編程運動控制器為核心。通用PC機負責如數(shù)控程序編輯、人機界面管理等功能，運動控制器負責機床（https:///ypnew_view.asp?id=1139）的運動控制和邏輯控制。這種運動控制器以運動子程序的方式解釋執(zhí)行數(shù)控程序，以PLC子程序方式實現(xiàn)機床邏輯控制，支持用戶的開發(fā)和擴展，具有上、下兩級的開放性。美國DeltaTau公司的PMAC（ProgrammableMultiaxesController）是這種運動控制器的典型代表，其擁有自身的CPU，同時開放包括通信端口、存儲結構在內的大部分地址空間，具有靈活性好、功能穩(wěn)定、可共享計算機所有資源等特點。雖然國內外許多學者在基于PMAC運動控制器的開放式數(shù)控系統(tǒng)方面作了大量的研究工作，但都還處于研究階段，用于生產(chǎn)或產(chǎn)品化還基本沒有實現(xiàn)。
　　
　　1、基于PMAC數(shù)控系統(tǒng)的軟件設計
　　
　　1.1 PMAC軟件的開放性
　　
　?。?）支持各種語言，用戶可以使用VB、VC、Delphi等在Windows軟件平臺上定制用戶界面。
　　
　?。?）在數(shù)控語言上對用戶開放，不僅支持用戶直接調用現(xiàn)有的直線、圓弧、樣條曲線的插補指令，而且還允許用戶自定義G代碼、M代碼、D代碼、S代碼，實現(xiàn)以往數(shù)控語言所不能完成的功能。
　　
　?。?）提供內裝式軟件化的PLC，可以編制64個異步PLC程序，通過一些指針變量，用戶可以按位、按字節(jié)進行邏輯控制。
　　
　?。?）可共享PC微機豐富的各類支撐軟件和工具軟件，方便地與各類網(wǎng)絡連接，與CAD/CAM系統(tǒng)連接，便于遠程診斷、網(wǎng)絡制造和制造系統(tǒng)集成控制的實現(xiàn)。
　　
　　1.2 系統(tǒng)軟件結構
　　
　　通過CNC系統(tǒng)應用程序編程接口，開發(fā)CNC系統(tǒng)的用戶界面可以選用各種能夠調用Windows動態(tài)鏈接庫的編程語言，如VB、VC、Delphi等，分別編制不同任務的前端用戶界面程序，具有很大的靈活性和開放性。軟件開發(fā)人員通過CNC系統(tǒng)應用程序接口的統(tǒng)一支持，可以方便地構造CNC系統(tǒng)的應用軟件，即構造前端用戶操作界面。DeltaTau公司提供了Pcomm32應用程序通訊驅動器，它包括了同PMAC通訊的各種方式，而且將其主要函數(shù)進行分類、封裝，形成一種可根據(jù)用戶需要而調用的動態(tài)鏈接庫。
　　
　　通過這些函數(shù)可以完成PMAC與PC機之間的通訊功能，用戶不用直接對端口進行操作就可以完成對PMAC硬件的操作，并且程序設計靈活、迅速及可移植性好。如OpenPmacDevice（）函數(shù)用于與某一個PMAC設備建立通訊關系；PmacGetResponseA（）函數(shù)用于給PMAC發(fā)送指令并返回執(zhí)行結果，等等。系統(tǒng)軟件結構如所示。
　　
　    在硬件系統(tǒng)方面，設計了一套基于PMAC運動控制器的五軸數(shù)控系統(tǒng)試驗平臺，其中3個移動分別由步進電機直接驅動，光柵尺和編碼器反饋，兩個轉動分別由步進電機經(jīng)蝸輪蝸桿副減速傳動，編碼器反饋。運動控制器采用PMACPC104八軸卡，上位機采用工控機（IPC），采用RS232串口通訊。數(shù)控系統(tǒng)軟件是在Windows2000操作系統(tǒng)下，以VisualBasic60為開發(fā)工具，采用面向對象的編程方法，充分利用PMAC的動態(tài)鏈接庫中的函數(shù)，實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的基本功能。系統(tǒng)軟件主界面如所示。具體實現(xiàn)的功能包括：人機接口界面、系統(tǒng)初始化、坐標軸選擇、手動控制、坐標位置實時顯示、速度控制及G代碼的編輯、下載等。
　　
　　2.1 系統(tǒng)初始化
　　
　　系統(tǒng)的初始化在系統(tǒng)軟件運行過程中完成，主要進行PMAC的選擇和參數(shù)預置等功能。初始化代碼如下：PrivateSubForm_Load（）
　　
　　DeviceNumber=PmacSelect（hWnd）選擇PMAC卡
　　
　　If（DeviceNumber<0OrDeviceNumber>7）
　　
　　Then
　　
　　End
　　
　　Else
　　
　　return_value=OpenPmacDevice（DeviceNumber）啟動PMAC卡
　　
　　If（return_value）
　　
　　ThenCallPmacGetResponseA（DeviceNumber，response，255，"100"）初置電機速度
　　
　　CallPmacSendLineA（DeviceNumber，"1j/2j/3j/4j/5j/1hm2hm3hm4hm5hm"）電機（電機控制系統(tǒng)的設計理念）閉環(huán)控制并返回零點
　　
　　Else
　　
　　End
　　
　　End
　　
　　If
　　
　　EndSub
　　
　　2.2 手動控制
　　
　　手動控制有軸選擇、各軸的點動進給、定位、回零點和電機速度控制等功能。軸選擇通過一組單選按鈕OptionButton控件實現(xiàn)，使用Case語句觸發(fā)各選擇，保證每次只能選擇一個軸，同時在手動控制框下也可以選擇，利用ListBox（或ComboBox）實現(xiàn)，二者是同步的，實現(xiàn)相同功能。
　　
　　定位

       是通過在坐標輸入文本框中輸入坐標值，控制各軸電機運動的距離為給定坐標值，同時利用反饋來比較，保證定位的精度。速度控制是通過改變PMAC的I變量來實現(xiàn)的。所有手動功能都是通過API函數(shù)PmacGetResponseA（DeviceNumber，response，255，"string"）來實現(xiàn)，通過改變string給PMAC發(fā)送不同的指令。其中軸選擇的string為n，點動的string為nj或nj-，定位的string為nm172->L：＄082B和nj^兩條語句來實現(xiàn)。
　　
　　坐標位置實時顯示

        這里利用了Tmier定時器控件，系統(tǒng)的狀態(tài)以及各種參數(shù)變量都存儲在PMAC內存中，分別用M變量去指向各狀態(tài)的地址，可通過操作M變量進行狀態(tài)的讀取和參數(shù)的寫入以及完成I/O口的控制。
　　
　　G代碼的編輯、下載和編譯

        G代碼就是數(shù)控系統(tǒng)的運動程序，實際上也是坐標軸的運動控制程序，也就是加工程序。PMAC的運動程序語言有它自己的特點，采用類似于BASIC的語言編程，以調用子程序的形式支持加工程序的G代碼編程。
　　
　　PMAC的運動程序可以通過它的Pwin32終端窗口編寫，程序送到緩沖區(qū)后，可以在終端窗口鍵入mBnR運行程序，其中m為坐標系號，n為程序號；如果是在文本編輯器中編寫的程序，必須將其下載到PMAC中，然后才能運行。由于PMAC內存有限，幾百K以上的大程序不能一次下載運行，這就要用到循環(huán)運動程序緩沖區(qū)。循環(huán)運動程序緩沖區(qū)允許在程序執(zhí)行期間對程序進行下載，并覆蓋已經(jīng)執(zhí)行的程序行，這就能夠連續(xù)執(zhí)行比PMAC的存儲空間大的程序，并且實時下載程序行。
　　
　　數(shù)控程序中的G代碼和M、T、D等功能指令由G代碼解釋程序、M代碼解釋程序、T代碼解釋程序和D代碼解釋程序分別進行解釋。這4個解釋程序分別以運動程序PROG1000、PROG1001、PROG1002和PROG1003的形式存在，在系統(tǒng)調試時由PMAC可執(zhí)行程序將它們下載到PMAC的固定內存中，在實際加工中被PMAC自動調用。主界面中的調試按鈕即用于實現(xiàn)這一功能，并在調試過程中發(fā)現(xiàn)錯誤后通知編程者，其程序代碼為：PrivateSubcmdtest_Click（）CallPmacDownloadA（DeviceNumber，0，0，0，CommonDialog1FileName，True，True，1，True）CommonDialog1Filter="LogFile|Log"CommonDialog1FileName=Left（logfile，Len（logfile）-3）"log"txtresponseLoadFileCommonDialog1FileNametxtresponseSelStart=Len（txtresponseText）cmdrunEnabled=TrueExitSubEndSubPMAC將G、M、T、D代碼作為子程序來調用，在解釋程序中，可以針對特定的機床定制代碼。在運動程序中遇到G代碼時，將會調用解釋程序PROG1000，跳轉到解釋代碼行，如G17將跳轉到PROG1000的N17000行。
　　
　　PLC功能的實現(xiàn)

        PMAC內置有PLC控制和編程功能，它是以循環(huán)邏輯順序來執(zhí)行命令，但它的編程方式不是梯形圖編程，而是采用類似于BASIC等語言的編程方式，不需要編程器，執(zhí)行速度更快。
　　
　　PMAC的內置PLC與NC共用CPU，利用CPU的余力來發(fā)揮PLC的功能，所以I/O點數(shù)較少。通過PLC程序可以*地對PMAC變量和I/O進行操作，并且它具有非同步的特性，因此它能有力地協(xié)助運動控制程序完成任務。
　　
　　3、結束語
　　
　　開放式數(shù)控系統(tǒng)（ONC）是目前數(shù)控發(fā)展的趨勢，而PC機可編程運動控制器型開放式數(shù)控系統(tǒng)是發(fā)展的主流。筆者開發(fā)的基于PMAC的五軸數(shù)控系統(tǒng)試驗平臺，結構簡單，數(shù)控系統(tǒng)軟件運行良好，用戶可根據(jù)自己的需要進一步開發(fā)，真正實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的開放性，達到了開放式數(shù)控系統(tǒng)的要求。