一种高性能开放式软件数控系统开发及其应用

　　系统软件结构

　　Hi-800数控系统的软件结构如图3所示。由于系统内嵌PA的NT实时内核，因此，对实时性要求比较高的运动控制任务和逻辑控制任务都由CNC软件和软件PLC完成，并直接控制相关的硬件设备，也可以满足数控系统实时控制的要求。而其他对实时性要求不高的任务，如人机接口(HMI)、计算机辅助制造(CAM)等需要由PC机实现的任务，仍由Windows NT操作系统来实现。

图3 Hi-800系列数控系统软件结构

　　PA的NT实时内核使数控系统可以以固定的时间间隔执行实时任务，而且在执行实时任务时，禁止其他非实时任务的执行，并能够直接获得系统相关的硬件资源。只有在没有实时任务需要执行时，Windows NT才能获得CPU资源，去执行基于NT系统的应用程序。

　　系统CNC软件包含与运动控制有关的所有功能，如对用户的NC程序进行编译、解释代码；运动轨迹的插补运算；轴的位置环控制及与软件PLC和外部设备的通信等。

　　CNC编译器(CNC Interpreter)

　　CNC编译器的主要任务是对用户的NC程序进行解释，并将其转换为伺服任务中的插补器能够识别的格式。此外，编译器还具有下列功能：

　　控制CNC操作模式；
　　系统诊断；
　　与伺服系统进行信息交换；
　　向MMI传送信息，用于显示；
　　与PLC进行二进制I/O数据交换；
　　加工过程的偏移量设置和路径修正。

　　CNC插补器(CNC interpolator)

　　插补器是CNC的执行单元，CNC的下列功能都与插补任务有关：

　　路径插补；
　　轴插补，包括线性、样条、圆弧、螺旋线插补，还具有镜像、并行随动轴功能；
　　位置轴控制；
　　诊断与监控管理；
　　与位置任务的通信连接；
　　从CNC-PLC读取输入信号；
　　向PLC传送BCD码信号；
　　实时转换 (极坐标，5轴)；
　　实时自校正，包括间隙补偿、齿隙误差补偿、零漂补偿等；
　　正弦震荡器；
　　主轴输出；
　　从 FIFO寄存器中读取新的程序段；
　　快速输出数字量信号。

　　CNC位置闭环控制(CNC Position Loop)

　　位置任务用于实现轴的位置控制功能，所有CNC和PLC的实时任务都是由与控制轴有关的硬件定时中断控制的，每次中断都执行一次位置任务，主要完成下列操作：

　　从门阵列或sercos接口读取位置值；
　　检测编码器信号(模拟轴)；
　　更新机床位置；
　　计算机床位置误差值；
　　根据机床位置计算相应的内部位置；
　　计算命令位置值与实际机械位置的偏差；
　　计算对应的位置控制的输出值；
　　输出到D/A转换器(模拟量控制轴)；
　　输出到sercos接口(sercos控制轴)。

　　Hi-800内置的高速软PLC符合IEC-1131-3标准，用户可以使用梯形图、功能程序段、指令表、流程图及结构文本等多种PLC语言编程，完成各种复杂的机床逻辑控制。系统还内置机床参数编辑器和逻辑分析仪(非常有用的调试工具)，使得机床控制系统的安装、调试和保养非常简便。

　　作为基于PC的开放式CNC系统，Hi800允许用户以安全可靠的方式集成第三方专业技术及专用软件(例如各种CAM软件)。系统控制功能均由软件实现，可以根据机床类型及不同的应用开放相应功能模块，提供给用户最大的选择和灵活性。

　　Hi-800系列数控系统的性能及特点

　　系统的主要性能指标如附表所示：
 
　　附表 系统的主要性能指标