基于PMAC的开放式数控系统研究

0 概述

　　计算机数控系统(CNC)是20世纪70年代发展起来的机床控制新技术，它是综合了计算机、通信、微电子、自动控制、传感测试、机械制造等技术而形成的一门边缘学科。数控技术是计算机集成制造系统(CIMS)和工厂自动化(FA)的基础之一，也是振兴国家机床工业、增强制造业国际竞争力的基础。数控系统经过了5代电子元器件的更新:电子管、晶体管、中小规模集成电路、小型计算机数控和微型电子计算机数控，这些发展更新大大丰富了系统的控制功能，提高了数控系统的可靠性、经济性二现在，计算机数控系统已经进入第6代—开放式计算机数控系统。

　　在一套计算机数控系统中，起着关键作用的组成部分是其中的计算机数字控制装置和伺服系统，系统的计算速度、实时性、伺服更新速度、资源管理能力、数字通信、精密控制、微量进给等性能都取决于这两个部分。尤其是计算机数控装置甲也就是运动控制单元，更是数控系统的核心单元模块，数控系统的性能、精度一定程度上依赖干运动控制单元的快速控制能力，由它可完成数控系统中实时性要求比较高的插补、位置控制、开关量I/O控制任务，实现CNC系统中多轴联动的插补计算、位置控制等功能，使用这样的运动模块并辅助以其他的设备部件，可以方便灵活地构建应用于不同场台的运动控制系统。

1 PMAC运动控制器

　　随着计算机控制技术和先进制造技术的发展，人们逐渐认识到专用CNC系统之间的自成一体所带来的问题，迫切要求具有灵活配置、功能扩展简便、基于统一的规范和易于实现统一管理的开放式系统。这时，创建一个强有力的开放性体系结构已是数控系统发展的最重要趋势。90年代开始，一些发达国家针对CNC所面临的问题和开放式数控发展的必然趋势，以设计生产开放式数控系统作为目标，相继推出了各自的开放式体系结构规范，这其中有美国的NGC和。MAG计划，欧盟的OSACA计划，日本的OSEC计划等。

　　其中，美国提出的下一代控制器计划NGG(Next C}eneraLion Machine Controller)的目的是指定一套新一代开放式控制系统的规范，希望通过实现基于相互操作和分级式模块SOSSA(开放式体系结构标准规范〕对封闭性问题进行解决，在NGC计划中提出了“开放式系统体系结构”的新一代数控概念，这种体系结构允许不同的设计人员开发可互交换和相互操作的控制器部件，其最大的特点就是外部接口的公开性。与此同时，美国的汽车3巨头(通用、福特、克莱斯勒)为解决自身发展中碰到的问题，在NGC的指导下，联台提出了OMAC(开放式模块化体系结构控制器)的开发计划，其目的是开发一种模块化的可重构控制系统，随时可纳入或集成模块化软件与硬件，使之重构成一个高效的控制器。

　　PMPC(Programn able Multiple-AxisContraller)就是在这种大背景下，由美国的DeltaTau公司遵循开放式系统体系结构标准开发的开放式可编程多轴运动控制器。它借助于Motorola的D5P5GU01/5GOa2数字信号处理器，可同时控制1--- 8个轴，既可单独执行存储于其内部的程序，也可执行运动程序和R研呈序，并进行伺服环更新及以串口总线两种方式与上位机进行通信;PMPC还可白动对任务优先级进行判别，从而进行实时多任务处理。这一功能使得它在处理时间和任务切换这两方面大大减轻了主机和编程器的负担，提高了整个控制系统的运行速度和控制精度。PMPC运动控制器将极强的处理能力和高度的通用性结合起来，可适应多种总线结构，多种电机类型、多种反馈元件、多种命令数据结构。PMPC可通过RS-2321RS422串行数据口同计算机进行串行通信，或通过别立宽数据的总线同计算机进行通信，它还有着广泛的应用范围，如各种数控机车、印刷机械、包装机械、自动生产线、物料装卸，自动焊接、硅片加工、激光切割等，还可应用于机器人的控制系统中，用PMPC璐空制器进行控制可以很好地协调其执行工作。

2 基于PMPC的开放式数控系统

　　2.1 传统的CNC系统

　　21世纪70-80年代，数控系统的发展进入到了普及和应用的成熟期，但各厂家研制和生产的数控系统都是一种封闭式系统，没有一个强有力的体系结构予以支撑，在控制软件开发上缺乏持久开发的能力，不能进行高可靠性的软件扩展，不能满足用户对其二次开发的需要;系统专用性强，通用性差，软件为系统的制造商所有，不便干功能的扩展和各种软件的支撑、更新，软件的可移植性差，组网通讯能力差，对机床制造商和用户的要求较高。同时，随着数控技术的不断往前发展，传统的数控系统也变得越来越复杂，其自身的缺陷又限制了它的应用，因为传统的数控系统都是基于缺乏灵活性的、专有设计的基础上完成的，它具有不同的编程语言，非标准的人机接口，多种实时操作系统，是一种没有共同性和标准接口的封闭性系统甲其封闭性也带来了一系列的问题，比如软、硬件的透明性不够，先进技术的难适应性，应用范围的固定性，软件的不可再用性等。因此，为适应数控进线和联网能力及个性化要求，创建一个新的强有力的开放性体系结构已是数控发展的最重要趋势。