一种基于Windows的全软件数控系统

1 前言

　　目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。另一方面，随着工业Pc机性能的飞速发展，其可靠性也大为提高，且其价格却大幅度降低。从而以工业PC机为核心的控制系统已广泛被工业控制领域所接受。尤其是近年来，发展通用的全软件开放式数控系统已成为国际数控行业研究的热点，代表着数控技术发展的最新潮流。全软件数控系统由通用PC+I／O接口卡构成。这种模式是将I／O接口卡插入到PC机的标准插槽中，整个系统是由PC扩展而成。数控系统所有的非实时任务和实时任务都由PC完成。I／O接口卡实现PC与控制目标之间的沟通及驱动接口的任务。PC+I／O接口卡模式的全软件数控系统才是真正意义上的开放式数控系统，能实现Nc内核的开放、用户操作界面的开放。

　　该全软件开放式数控系统，采用PC前端加高速I／0平台的复合式结构；所有的数控功能都由模块化的功能软件实现，可供程序直接调用，也可作为构造其他控制系统的二次开发调用。本系统的控制通道为：PC通过总线控制每一个I／O端口，I／O端口与各个控制目标相连。硬件组成如图1所示。

图1数控系统硬件组成结构图 

2 硬件系统

　　2.1 工控PC机

　　计算机是运行数控软件的核心部件。采用通用的工控PC机，不但可以充分利用PC完备的硬件及计算机领域的先进技术以提高CNC系统的可靠性，而且可以在很大范围内选择硬件，从而避免CNC在更换硬件和服务时引起的限制。选用新型高性能的SIMATC PC840型工控机作为运算和控制核心，用以来完成数控系统的基本功能、开关量功能及伺服控制功能。

　　2.2 I／O适配卡

　　系统在PC／AT总线上构架高速I／O平台，自行设计了一块I／O适配卡。该卡用以完成地址译码、I／O端口光电隔离、I／O端口驱动等作为信号输入输出的通用功能。其I／O端口控制和译码的功能都由CPLD可编程器件实现，功能完全由写入该卡的软件定义，只要对CPLD重新编程，而无需修改硬件就可以成为新的数控I／O硬件平台，将硬件设计也实现软件化，使数控系统硬件完全具有通用性，且升级、维护都更方便。其结构如图2所示。

图2I/O适配卡原理图 

　　由于PC机的I/O地址单元大部分被一些标准设备占用，如果设置不当，会引起PC机工作不正常，甚至死机。根据PC机I／O端口地址分配表，我们将适配卡置为0310H～031FH 16个连续地址单元。I／0地址译码采用高速电可擦除可编程器件ATFl6V8B。

　　其地址分配如下：

　　2.3伺服信号中转板

　　这块伺服信号中转板用于在I/O适配卡与电机伺服驱动器之间进行信号转换。主要产生各部分之间差分形式的信号，使伺服控制具有更高的抗干扰能力和可靠性。