1引百近年來(lái)，機(jī)床控制采用工業(yè)PC機(jī)，在Windows操作系統(tǒng)下發(fā)展通用的數(shù)控系統(tǒng)，已成為數(shù)控技術(shù)發(fā)展的新潮流。PC機(jī)在Windows9x/NT操作系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)有兩種方法：一種是由一臺(tái)計(jì)算機(jī)和一些功能模塊組成的單機(jī)模式，通過(guò)軟件完成大部分?jǐn)?shù)控功能，這種模式的硬件成本較低，但需要編寫(xiě)設(shè)備的底層驅(qū)動(dòng)程序（VxD）來(lái)實(shí)現(xiàn)Windows下的實(shí)時(shí)控制環(huán)境，軟件的編寫(xiě)、維護(hù)相當(dāng)復(fù)雜，開(kāi)發(fā)周期很長(zhǎng)；另一種是并行雙CPU上下位機(jī)通訊模式，上位機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)接口等非實(shí)時(shí)控制部分，下位機(jī)負(fù)責(zé)插補(bǔ)、伺服更新等實(shí)時(shí)控制部分，相對(duì)而言該模式具有更大的靈活性，更容易實(shí)現(xiàn)。其中，本文所提出的將PMAC運(yùn)動(dòng)控制板插入工業(yè)PC機(jī)中所構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)周期短、運(yùn)行速度快、控制精度高，是第二種模式的一個(gè)范例。
2數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制器簡(jiǎn)介美國(guó)DeltaTau公司生產(chǎn)的可編程多軸運(yùn)動(dòng)控制器（PMAC）是世界上功能*強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制器之一，它借助于Motorola的DSP56001/56002數(shù)字信號(hào)處理器，可同時(shí)操縱1 ~8個(gè)軸。它能對(duì)存儲(chǔ)在內(nèi)部的程序進(jìn)行單獨(dú)的運(yùn)算，執(zhí)行運(yùn)動(dòng)程序、PLC程序、進(jìn)行伺服環(huán)更新，并以串口、總線兩種方式與主計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。而且它還可以自動(dòng)對(duì)任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先等級(jí)判別，從而進(jìn)行實(shí)時(shí)的多任務(wù)處理，這使得它在處理時(shí)間和任務(wù)切換這兩方面大大減輕主機(jī)和編程器的負(fù)擔(dān)，提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行速度和控制精度。
2.2數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理該數(shù)控系統(tǒng)采用工業(yè)PC機(jī)為基礎(chǔ)，在工控機(jī)主板ISA擴(kuò)展槽上插入PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制器，形成機(jī)床的控制中心。工控機(jī)上的CPU與PMAC卡的CPU構(gòu)成主從式雙微處理器結(jié)構(gòu)，兩個(gè)CPU各自實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，其中PMAC主要完成機(jī)床三軸的運(yùn)動(dòng)、面板開(kāi)關(guān)量和數(shù)字化采集的控制，工控機(jī)則主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的管理功能。為了實(shí)現(xiàn)PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制的功能，還需在PMAC板上擴(kuò)展相應(yīng)的I/O板、伺服驅(qū)動(dòng)單元、伺服電機(jī)、編碼器等，*終形成完整的控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)硬件由主頻為233MHz的工業(yè)PC機(jī)、PMAC-Lite1. 5運(yùn)動(dòng)控制器、I/O板、伺服單元及交流伺服電機(jī)等組成。數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖如所示。
（1）PMAC運(yùn)動(dòng)控制器與主機(jī)之間的通訊采用了兩種方式，一種是總線通訊方式，另一種是利用雙端口RAM（DPRAM）進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。主機(jī)與PMAC運(yùn)動(dòng)控制器主要通過(guò)PC總線通訊，至于控制卡和電機(jī)的狀態(tài)、電機(jī)位置、速度、跟隨誤差等數(shù)據(jù)，則通過(guò)DPRAM交換信息。總線通訊方式是指主機(jī)到指定的地址上去尋找PMAC運(yùn)動(dòng)控制器，其中指定的地址是由PMAC的跳線確定。雙端口⑵PMAC板的內(nèi)置PLC功能是經(jīng)智能I/O口的輸入輸出實(shí)現(xiàn)的。在控制系統(tǒng)中，送入PLC輸入信號(hào)主要有：操作面板和機(jī)床上的控制按鈕、擇開(kāi)關(guān)等信號(hào)；各軸的行程開(kāi)關(guān)、機(jī)械零點(diǎn)開(kāi)關(guān)等號(hào)；幾床電器動(dòng)作、限位、報(bào)警等信號(hào)；雖電柜中接器、氣動(dòng)開(kāi)關(guān)接觸等信號(hào)；各伺服模塊工作狀態(tài)信等。這些信號(hào)通過(guò)光電隔離后送到智能I/O接上，光電隔離有效地將計(jì)算機(jī)數(shù)字量通道與外部程模擬量通道隔離起來(lái)，大大地減小了外部因素干擾，提高了整機(jī)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。PLC出的信號(hào)主要有：指示燈信號(hào)；控制繼電器、接觸能信號(hào)等。這些信號(hào)經(jīng)I/O接口送到相應(yīng)的繼基于PMAC的CNC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖RAM主要是用來(lái)與PMAC進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)和命令通訊。一方面，雙端口RAM在用于向PMAC寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，在實(shí)時(shí)狀態(tài)下能快速將位置數(shù)據(jù)信息或程序信息進(jìn)行重復(fù)下載：另一方面，雙端口RAM在用于從PMAC中讀取數(shù)據(jù)時(shí)，可以快速、重復(fù)地獲取系統(tǒng)的狀態(tài)信息。譬如，交流伺服電機(jī)的狀態(tài)、位置、速度、跟隨誤差等數(shù)據(jù)可以不停被更新，并且能夠被PLC或被PMAC自動(dòng)寫(xiě)入DPRAM.如果系統(tǒng)中不使用DPRAM，這些數(shù)據(jù)必須用PMAC的在線命令（如，P、V等）通過(guò)PC總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的存取。
由于通過(guò)DPRAM進(jìn)行的數(shù)據(jù)存取不需要經(jīng)過(guò)通訊口發(fā)送命令和等待響應(yīng)，所以所需的時(shí)間要少得多，因此響應(yīng)的速度就快得多。除了快速自動(dòng)存取功能外，還可以用PMAC的M變量和主機(jī)的指針變量來(lái)指定DPRAM中還沒(méi)有被使用的寄存器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在主機(jī)與PMAC之間的傳送。而PMAC在使用數(shù)據(jù)采集功能時(shí)，所采集的數(shù)據(jù)直接送到DPRAM中。而不是常規(guī)的RAM中接的選信觸號(hào)口過(guò)的輸器電器上，*終控制相應(yīng)的電器。
3數(shù)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)該數(shù)控系統(tǒng)采用了前后臺(tái)式結(jié)構(gòu)，相應(yīng)地整個(gè)軟件分為前臺(tái)程序和后臺(tái)程序。前臺(tái)程序?yàn)镻MAC實(shí)時(shí)控制軟件，主要包括插補(bǔ)模塊、伺服驅(qū)動(dòng)模塊、PLC監(jiān)控模塊、加工程序解釋模塊、數(shù)據(jù)采集及數(shù)字化加工模塊等，也可根據(jù)具體要求加入一些新的控制模塊。前臺(tái)程序功能模塊如所示。后臺(tái)程序?yàn)橄到y(tǒng)管理軟件，主要實(shí)現(xiàn)初始化、參數(shù)輸入、加工程序編輯、系統(tǒng)管理和雙CPU通訊等功能。后臺(tái)程序功能模塊如所示。
后臺(tái)程序功能模塊數(shù)控火焰切割機(jī)加工工藝特點(diǎn)和按原軌跡返回功能的實(shí)現(xiàn)數(shù)控火焰切割機(jī)具有一般數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，能根據(jù)數(shù)控加工程序，自動(dòng)完成從點(diǎn)火一預(yù)熱一通氧一切割一熄火一返回原點(diǎn)的整套切割過(guò)程。但數(shù)控火焰切割機(jī)又有別于一般數(shù)控金屬切削機(jī)床，它利用氧一乙炔火焰把鋼板割縫加熱到熔融狀態(tài)，用高壓氧吹透鋼板進(jìn)行切割，而不像金屬切削機(jī)床那樣，是用金屬切削工具與工件剛性接觸來(lái)進(jìn)行切削加工的。由于各種因素的影響，有時(shí)會(huì)發(fā)生鋼板未割穿的現(xiàn)象，此時(shí)割炬應(yīng)暫停下來(lái)按原軌跡準(zhǔn)確地返回到未割穿點(diǎn)，再按原軌跡重新切割，因此數(shù)控火焰切割機(jī)必須具有隨時(shí)實(shí)現(xiàn)暫停及按原軌跡返回的功能。
在切割過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)有未割穿的情況，此時(shí)可以按下暫停鍵，中斷切割并自動(dòng)關(guān)閉切割氧；再按下返回鍵，割炬便準(zhǔn)確地按原軌跡返回；待割炬返回到未割穿點(diǎn)以后，再次按下暫停鍵并按啟動(dòng)鍵，切割機(jī)便自動(dòng)打開(kāi)切割氧，重新進(jìn)行切割。在按下返回鍵時(shí)，計(jì)算機(jī)便從PMAC卡上的位置計(jì)數(shù)器中讀回剩余的脈沖數(shù)，與原來(lái)的脈沖數(shù)進(jìn)行比較，將差值送回位置計(jì)數(shù)器，并使方向信號(hào)反相，這樣便使割炬按原軌跡返回。在該指令結(jié)束時(shí)，使系統(tǒng)指回上一條指令，從而實(shí)現(xiàn)線段之間的連續(xù)返回。
4結(jié)論本文在分析了數(shù)控火焰切割機(jī)加工工藝的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了基于工業(yè)PC機(jī)和PMAC板的數(shù)控火焰切割機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)。該數(shù)控系統(tǒng)不但包含了普通數(shù)控系統(tǒng)的所有功能，而且還具有切割前自動(dòng)點(diǎn)火、預(yù)熱、通切割氧、加工終結(jié)熄火以及加工中割炬按加工軌跡快速回退和前進(jìn)等適合其工藝特點(diǎn)的功能。除此之外，系統(tǒng)軟件還具有完善的圖形編程、加工軌跡動(dòng)態(tài)跟蹤顯示、加工軌跡動(dòng)態(tài)模擬仿真、故障診斷、加工程序通訊傳輸?shù)榷喾N功能。該系統(tǒng)使用操作十分方便，適合于工業(yè)企業(yè)使用，已成功地應(yīng)用于武昌造船廠數(shù)控火焰切割機(jī)的改造中。
