组合机床专用数控系统的开发（上）

    目前数控系统国外己占主导地位，主要有德国的西门子和法国的NUM公司以及日本法那克公司的系统，但开放式数控系统还很少，仍然采用普通数控机床的G代码编程，没有适合数控组合机加工特点的参数化自动编程功能，而国内大部分为经济型数控系统，功能简单，不能用于数控组合机床上。总的说来，国产高档数控系统的发展尚处于起步阶段，而数控组合机的专用数控系统目前国内研发方面还没有形成成熟的产品。所以开发一种高柔性、高效率、高可靠性的数控组合机的专用数控系统非常必要。本文所研究的基于PMAC多轴组数控系统适用于各类加工机床的数控系统配套和普通组合机的数控改造。

1 组合机数控系统的硬件结构

    可编程多轴控制器(PMAC)拥有高性能伺服运动控制器，可通过灵活的高级语言控制多轴同时运动，每一个轴可放入它自己的坐标系从而得到多个完全独立的运动。结合多通道组合机床的特点，搭建IPC为上位机、PMAC运动控制卡为核心的下位机的硬件结构，将PC机与PMAC相结合形成并行双CPU开放式数控系统的硬件结构。建立一个基于开放式的模块化、可重构、可扩充的控制系统结构，以增强数控系统的柔性功能，快速有效地响应新的加工需求。组合机专用数控系统的硬件结构采用主从结构，工控机的CPU作为主CPU，运动控制卡上的DSP作为从CPU。工控机的主CPU作为上位机对用户输入的参数进行响应与处理，多轴运动控制卡上的DSP作为下位机的CPU进行底层的速度与轨迹控制。组合机数控系统的硬件结构如图所示1。

图1 组合机数控系统的硬件结构

2 组合机数控系统软件结构

    2．1系统软件结构

    组合机数控系统软件以Windows为系统平台，通过线程调度机制可方便地实现多任务。在线程调度中，每一个线程的优先级不同，优先级高的线程优先运行。急停、机械限位、硬件故障等线程优先级最高，它们首先取得CPU的运行时间。坐标运动、CRT显示、加工状态的动态显示、加工轨迹模拟仿真等线程优先级依次降低。但另一方面，Windows是基于消息机制的，其实时性较差，不能满足一些故障中断、插补运算等实时性任务，为此组合机数控系统采用可编程多轴运动控制卡实现各种实时陛控制。基于PMAC的组合机专用数控系统的软件体系结构采用图2所示的体系结构。

    2．2人机界面及其通信协议

    PMAC软件的开放性，支持各种高级语言，用户可使用VB、VC、Delphi等在Windows软件平台上定制用户专用界面，在数控语言上对用户开放，不仅支持用户直接调用现有的直线、圆弧、样条曲线的插补指令，而且还允许用户自定义G代码、M代码、T代码、D代码，实现以往数控语言所不能完成的功能。

图2 组合机专用数控系统的软件结构

    PMAC有4种变量，变量由一个字母(I，M，P或Q)后面接数字0～1023(Non Turbo)组成，不同类型的变量占用各自的地址。I变量决定某个给定功能的控制特性，被预先定义并放在内存固定的位置上，有固定的含义。M变量可直接存取一些重要的内存和I／O。P、Q都是通用用户变量，区别是P变量为全局变量，Q变量为坐标系变量。表1为常用的一些变量。