基于PMAC的开放式数控系统的研制

1 引言

　　数控系统作为数控机床的核心部件,其功能是接受载体送来的加工信息,经计算和处理后去控制机床的动作。随着数控技术的不断发展,传统数控系统由于其采用专用的、封闭式的体系结构,已不能适应当今制造业市场变化与竞争,也不能满足现代制造业向信息化、敏捷制造模式发展的需要。这就要求CNC 系统必须设法摆脱其传统的封闭模式,向开放式方向发展。我国在最近几年也开始进行开放式CNC 系统的研究,但就总体而论,国内开放式数控系统的开发还仅仅处于开始阶段,还没有具有自主知识产权的很成熟的系统。

　　为解决目前市场需求与封闭控制系统之间的矛盾、开放性不够的根本缺陷,本文研发了一套以PMAC 多轴运动控制器为核心的开放式数控系统,该系统能满足现代数控机床对开放式数控系统的要求。

2 PMAC 简介

　　美国DELTA TAU 公司推出的PMAC(Programmable Multi-Axis Controller) 全称为可编程多轴控制器,它是DELTA TAU 公司1990 年推出的基于工控PC机和Windows 操作系统的多轴、多通道开放式运动控制器。该产品提供了运动控制、离散控制、内务处理、同主机的交互等数控的基本功能。它本身就是一个数控系统,可以单独使用。它开放的函数库供用户在Windows 平台下自行开发构造所需的控制系统。它借助于Motorola 的DSP56001/ 56002 数字信号处理芯片,可同时控制1 ～ 8 个轴,它的速度、分辨率、带宽等指标远优于一般的控制器。它甚至可连接MACRO 现场总线的高速环网,直接进行生产线的联动控制。PMAC 共有四种硬件形式:PMAC - PC ,PMAC - LITE ,PMAC- VME 和PMAC - STD。

　　PMAC具有开放性的特点,给系统集成者和用户提供了更大的柔性,它允许同一控制软件在四种不同总线( PC 、LITE 、VME 和STD) 上运行,由此提供了多平台的支持特性,并且每轴可以分别配置成不同的伺服类型和多种反馈类型。

3 系统的硬件结构

　　CNC 的硬件采用“NC 嵌入PC”的开放式结构,如图1所示。主机采用工业PC 机箱和工控机电源,PC 主板使用普通商用主板,主频833MHz ,内存128M,硬盘30G,此配置足够使用户能使用各种系统软件以及各种大型CAD/ CAM软件。CNC的内核采用PMAC - LITE型运动控制器,以工业PC作为主机,工控机的CPU 与PMAC 卡的CPU 构成主从式双微处理器结构,两个CPU各自实现相应的功能,其中PMAC 完成插补运算、位置控制、刀补、速度处理、以及PLC 等实时控制; 工业PC 则通过调用Pcomm32 包函数库里的相应功能函数,实现数控系统的基本功能。PMAC 卡插于PC 机的ISA 总线槽中,接口卡对CNC 控制信息、反馈信息以及PLC 控制信息由进行信号转换及隔离。为了实现PMAC多轴运动控制的功能,还需在PMAC板上扩展相应的I/ O 板、伺服驱动单元、伺服电机、编码器等,最终形成一个完整的控制系统。

图1 　数控系统结构图