三菱形磨床开放式数控软件开发研究

3 底层控制软件设计的关键技术

　　3.1 三菱形曲线插补模块的软件设计

　　插补是数控机床控制刀具运动轨迹的核心，插补算法的选择将直接影响数控系统的精度、速度以及加工能力。

　　本系统要完成三菱形曲线的加工，需要对线性轴(X轴)和旋转轴(c轴)联动控制实现。直接使用TrioMC206所提供的运动控制指令无法实现对线性轴和旋转轴的直接插补控制。

　　要解决三菱形的插补设计，一般有两种方法：其一，先将旋转轴(C轴)的旋转运动分解为两个方向的直线运动，再调用Trio提供的插补指令函数来实现。其二，编程实现底层插补控制，避开使用Trio提供的插补指令函数。

　　通过对三菱形曲线数学模型的分析发现，前面两种方法在软件实现上都存在着不足。开发难度较大，磨床的控制精度和可靠性无法保证。本系统采用一种独特的解决方法：将三菱形轮廓曲面展开，对展开后的曲线再做插补运算，如图3。这样保证了加工轮廓的精确性，可以充分利用Trio提供的插补指令来实现精确的插补控制，如直线插补MOVE指令，圆弧插补MOVECIR指令，螺旋线插补MHEUCAL指令，并且缩短了软件开发周期，保证了插补精度。

图3三棱形曲面展开图 

　　3.2 Trio控制器多任务软件设计

　　运动控制器作为底层运动控制的核心，其运行程序的响应性、可靠性和稳定性将直接影响到系统的综合性能。

　　Trio MC206运动控制器可以同时运行8个进程，优先级通过进程号区别。控制器默认将通讯接口分配为优先级最高的8号进程。本系统控制器进程共设计5个进程(见表1)，并将这5个进程分为两类程序：运动控制程序和内嵌式PLC程序。

　　运动控制程序的进程名以P开头，加工程序通过上层管理软件编译成嘶o Basic格式后导入控制器，由管理软件控制进程的启动和停止。

　　内嵌式PLC程序由4个进程组成，分别为PLC_PROTECT、PLC_WORKMODE、PLC_BUTTON、PLC_COMMON。这4个进程随控制器上电启动，执行循环检测，实现PLC功能。

　　3.3 内嵌式PLC程序设计

　　Trio MC206运动控制器可连接通过CAN总线扩展的16个具有双向功能的L／O模块，256个输入输出点。

　　本系统共扩展6个L／O模块，利用控制器提供的VR全局变量，存储各模块L／O口状态，利用逻辑命令将相关的I／O状态进行逻辑处理，实现内嵌式PLC功能。

　　控制器所能提供的VR变量有限，如果采用L／O状态与VR变量一对一的存储方式，在控制点较多的情况下，不仅浪费了VR资源，而且影响了I／O读取速度，降低了软PLC程序的响应性。对该问题的解决，本系统利用每个VR变量提供的24个存储位，使得每个VR变量可存储24个磨床输入输出口状态，并对VR变量的地址进行严格的分配和细化，保证VR变量资源的合理利用，避免因变量的重复使用而造成的逻辑错误。VR变量具体分配和作用如表2。