介紹了嵌入PMAC多軸運動控制器的開放式數控系統，并詳細闡述了該系統在自動玻璃雕刻機中心數控系統的具體應用，包括硬件設計和軟件設計兩大模塊。 1 引言 隨著人們生活水平的提高，刻花玻璃制品受到越來越多消費者的青睞，工藝越做越復雜，精度要求也越來越高。目前玻璃制品的刻花主要依靠手工操作，加工質量不易保證、成本較高。因此，數控玻璃雕刻設備在國內市場非常廣闊。當前，玻璃雕刻機市場被意大利的Bottero和Intermark兩大公司壟斷，他們的專用NC使中國本土的玻璃機械行業很難介人。針對這種情況，我們設計了采用計算機數字控制的玻璃雕刻機。該系統采用PC+PMAC（Programmable Multipie Axis Controller）開放式多軸運動控制器的控制方式，將PMAC運動控制卡插入PC機的標準插槽中作實時控制，而PC機作為人機界面和系統管理的上位機。通過模塊化設計，建立統一的可重構的系統平臺。這樣不但增強了數控系統的柔性和適應性，而且還由于PMAC卡的開放性，可使我國玻璃機械加工技術進一步得到開發和不斷完善，以便迎頭趕上甚至超過外國設備。 2 基于PMAC的開放式數控系統 基于PC的開放式數控系統是目前的主要發展方向。本文主要是對自動玻璃雕刻機中心數控系統的開發和研究。該系統采用多軸運動控制器PMAC卡作為伺服運算和控制主體插入工控機的標準插槽中，再加上一些外圍設備，如伺服放大器、伺服電機、編碼器、電源等，構成一個模塊化的基于PMAC的開放式數控系統。基于PMAC的數控系統，具有開發周期短、成本低、插補軸數多（四軸以上）、控制精度高等特點。在這個體系結構中，數控伺服運 算和控制完全由PMAC卡來完成，PC機及各種通用接口都處于整個數控系統的終端地位，這樣的體系結構具有很大的通用性、開放性。一方面，對于用戶來說，它面對的終端完全是PC微機的體系，可以使用Windows9x/NT的操作系統，用戶不會產生陌生感。數控NC軟件采用的是界面化的人機交互方式，與基于Windows的各種應用程序完全一致，便于初學者的學習和使用，它擺脫了以往數控系統界面單調、呆板、不易接近的感覺，可以在上面自由地編輯和擴展。另一方面，數控系統的伺服運算、反饋控制、實時任務處理等程序工作都由PMAC多軸運動控制器和PLC可編程邏輯器來完成，具有高精度、高速度的特點。 3 中心數控系統的硬件設計原理 由于Windows 9x/NT操作系統無法滿足數控加工的實時性要求，因此本文所述的數控系統采用了基于上位機和下位機的雙CPU開放式數控系統。下位機由PMAC運動控制器來實現，主要承擔實時性任務，如伺服控制、路徑規劃、可編程邏輯控制；上位機為工業控制計算機，主要完成數控編程、數控仿真、圖形插補和人機界面處理、網絡功能等非實時任務。上位機中的控制內核是整個數控系統的核心，它通過對調用對應于下位機中各種變量和功能的應用程序接口與下位機交換信息，并負責整個系統的協調。操作面板和人機界面是獲取外部信息的主要渠道，控制內核將獲取的信息保存在參數集合中，這些參數包括電機手動控制參數、伺服調節參數、坐標參數、電機安全運動參數等。上、下位機之間的通訊采用PC總線。控制內核將參數集合中改變的信息，通過PC總線傳遞到下位機的控制參數模塊中。同時，下位機也通過PC總線將系統實時運行狀態信息傳遞到上位機，顯示在用戶終端上。數控系統還提供了圖形編程模塊，用戶只需通過人機交互，輸入必要的一些刀具信息等，自動轉變為數控G代碼。系統通過通訊模塊與外部網絡相連，直接將異地需要加工工件的數控代碼傳遞給該系統，使其具有網絡加工能力。 系統中的控制內核將圖形編程或網絡傳遞來的數控代碼經過編譯生成PMAC卡能識別的運動程序并下載給下位機，下位機通過軌跡產生模塊，將數控代碼翻譯成每個伺服軸運動所對應的指令代碼，然后由軸控制模塊實現伺服控制。控制算法既可以采用PMAC提供的通用算法，也可由用戶指定，并通過PC總線下載到PMAC中。下位機通過輸入輸出端口與外部的傳感器和執行器相連，如按紐開關、指示燈等。由于下位機具有強大的可編程離散邏輯控制能力，可實時地監視外設的模擬和數字輸入信號、設置狀態輸出、傳遞信息、監視運動參數等。其控制邏輯采用文件形式由上位機定制，因此具有很大靈活性。對于實時性要求更強的任務，如位置限制信號和回零信號的處理，以及一些系統運行安全性檢查等，則由下位機直接進行，上位機只接受處理后的完成信息，這樣可保持系統的運行安全。 4 數控中心控制系統軟件設計 模塊化是系統軟件編碼的前導，它確定系統由哪些模塊組成、模塊之間的相互關系、模塊獨立的功能和輸入輸出數據的規格，使模塊不會產生混亂。 [align=center] 圖1 基于PMAC數控系統的軟件組成[/align] 由于PMAC具有良好的軟件開放性，從而大大方便了數控軟件系統的開發。數控系統的軟件結構如圖1所示，由主控模塊及各個功能模塊組成。主控模塊為用戶提供一個友好的系統操作界面，在此界面下，系統的各功能模塊以菜單的形式被調用。系統的功能模塊可分為實時控制類功能模塊和非實時管理類模塊兩大類。實時控制類功能模塊是控制機床當前運動和動作的軟件模塊。非實時管理類模塊可利用PC微機和PMAC所提供的計算機語言和軟件工具實現。由于時間響應要求不高，故由PC微機負責運行。在實時控制類功能模塊中，PMAC已提供了基本功能，僅需進行簡單的參數輸入或選擇便可直接調用。如：加工程序解釋模塊可在PEWIN環境下對已有的PMAC解釋程序進行編輯和調試，并下載到PMAC固定內存中，在實際加工時被PMAC自動調用；可直接選擇調用PMAC提供的直線插補、圓弧插補及樣條插補功能，也可自行定義C、M、T代碼。 PLC控制程序是用于機床系統的開關量的邏輯控制。PLC程序可以極高的采樣速率監視模擬輸人和數字輸入、設定輸出值、發送信息、改變增益、命令運動停止/起動等作業，以5-10ms甚至更高的循環速度對PLC程序進行反復掃描。PLC程序由系統I/O端口映射、回參考點、使能許可，自動、單步、點動等工作方式，快速、增量、倍率等速率調整，冷卻、潤滑、主軸電機啟停等控制子程序組成。PLC程序采用PMAC提供的命令語言編寫，可以直接運行，也可經編譯后執行。 5 結束語 計算機數控玻璃雕刻機是集成CAD/CAM技術、計算機數控技術、電機驅動技術、玻璃光學表面成型技術為一體而發展起來的高新技術設備，本論文主要對其中心控制系統作了研究。通過介紹一種基于PMAC運動控制器的開放式數控系統，將其應用于自動玻璃雕刻機。在當前技術條件下，采用這種基于上、下位機的雙CPU開放式的數控系統，具有較大的實用價值。