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1、论文开放式数控系统应用举例开放式数控系统应用举例本章将通过对 NC 嵌入 PC 的典型范例PMAC 运动控制卡及其应用的介绍，使读者对开 放式数控系统有一个初步的了解。开开放放式式数数控控系系统统的的应应用用6.1.16.1.1 PMACPMAC 开放式运动控制卡开放式运动控制卡PMAC 全称可编程多轴控制器（Programmable Multi-Axis Controller） ，是美国 Delta Tau Data Systems 公司于 1990 年推出的基于 PC 机平台的开放式运动控制器。它集运动控 制和 PLC 控制于一体，具有优秀的插补计算、伺服和 I/O 接口等实时控制能力，最
2、多可控 制 32 轴（Turbo PMAC） 。板上的 MACRO 接口允许将诸多的 PMAC 卡联成环形网进行控制。它 支持多种总线规范（ISA、PCI、VME 和 STD） ，同一控制软件可以不同的总线上运行，从而 提供了多平台支持特性。PMAC 还支持多种电机（如直流伺服电机、交流同步电机、交流异 步电机、步进电机，直线电机等）和检测反馈元件（增量编码器、绝对编码器、旋转变压 器、线性磁传感器等） 。PMAC 以 Motorola 56000 系列 DSP 为 CPU，板上的存储器用于存放 系统控制软件和用户程序、I/O 接口和伺服接口用于连接外部输入/输出信号和伺服电机, 板上的显示接
3、口允许连接一个 240 的字符液晶显示器。此卡本身就是一个 NC 系统可以单 独使用，也可以插入 PC 机中，构成开放式控制系统，其硬件结构如图 6-1-1 所示，表 6- 1-1 为 PMAC 开放式运动控制器的主要技术性能指标。图 6-1-1 PMAC 开放式运动控制卡表 6-1-1 PMAC 开放式运动控制器的主要技术性能指标Comment JZF1: 系统结构系统结构论文表 6-1-1 开放式运动控制器的主要技术性能指标主要技术性能指标TURBO-PMAC 控制轴数32 通道结构（坐标系）16 联动轴数32 插补（直线、圆弧、螺旋线）有 非均匀有理样条插补(NURBS)有 三阶多项式插
4、补有CPUDSP56300 CPU 频率(MHz)80,100 程序段处理能力1000 段/分 预测（Look Ahead）功能有 速度和加速度前馈控制有S 曲线加减速控制有 同步控制功能有 刀具半径和长度补偿有 丝杠螺距误差补偿有 高速位置采集有 电子齿轮和电子凸轮有 编程语言RS274 和类 Basic 语言 网络接口Macro Ring直接数字驱动能力PWM 直接连接放大器，可驱动 各种交流、直流、步进、直线 电机PLC 能力内装 64 个 PLC（实时 PLC,编译 好再执行的 PLC, 解释执行的 PLC）6.1.26.1.2 KT560-TKT560-T 开放式车床数控系统开放式车
5、床数控系统T560_T 开放式车床数控系统由 PMAC-LITE 四轴运动控制卡和工业控制计算机组成， 它的软件分为上位机（PC）和下位机（PMAC）两部分。上位机主要完成系统的管理功能， 如人机界面的实现，加工状态显示，仿真的实现，参数编辑，参数配置，程序文件编辑， 端口状态监测和故障的诊断等工作。下位机的软件主要是实现机床的运动控制与信号的逻 辑控制。PTALK 部分为上位机与下位机的通信模块。其结构如图 6-1-2 所示。论文图 6-1-2 KT560_T 软件结构图KT560_T 数控系统是在上海开通数控有限公司的 FONCS 通用数控系统开发平台的基础 上的构建的。FONCS 充分的
6、应用了 OOP 的设计思想并结合了工业控制领域的组态软件的特 点。用户可以通过 FONCS 的开发工具，对软件功能模块进行可视化的配置，从模块库中调 出需要的功能组件或者删除不必要的组件。FONCS 的开发工具对系统配置的结果保存在一 个数据库文件中，当 FONCS 在运行环境中启动时，会根据这个数据库中的信息，动态生成 用户界面(图 6-1-3 与图 6-1-4)。用户借助于这样一个机制，可以在短时间内为自己的机 床定制专用的控制系统。图 6-1-3 KT560_T 的界面结构Comment JZF2: 三维动态仿真三维动态仿真 技术技术论文图 6-1-4 系统界面（主界面、手动界面、自动界
7、面和诊断界面）系统的各个界面都是通过系统菜单来进行切换的，KT560_T 中提供了一个菜单编辑器 (图 6-1-5)，用户可以通过这个工具自定义菜单的结构和菜单按钮的外观，充分体现了系 统的开放性。图 6-1-5 菜单编辑器在使用数控机床的过程中，数控程序的检查方法是影响生产率的重要因素之一，数控 程序校验常用的有三种方法，一是由编辑人员检查 NC 代码、数据；二是在机床上“以笔代 刀” ，模拟加工画出刀具轨迹；三是采用计算机来模拟刀具和工件的相对运动来进行检查。 显然前两种方法费时、费力，增加了机床的占用时间；而第三种方法直观、快速，可减轻 编程人员的工作量，提高数控机床使用率。 KT560
8、_T 中的动态三维仿真功能，可仿真车床的车削过程，具有真实感。三维数控仿 真是数控机床在虚拟环境中的映射，集制造技术、机床数控理论、计算机辅助设计（CAD） 、 计算机辅助制造（CAM） 、建模和仿真技术于一体。在此虚拟环境中刀具对工件进行虚拟切Comment JZF3: 参数管理、口参数管理、口 令保护令保护论文削，能检查数控程序的正确性、合理性、对加工方案的优劣做出评估和优化；达到缩短产 品加工周期，降低成本、提高质量的目的。 KT560_T 的仿真采用实时动画方式，首先生成一个毛坯，然后根据机械加工时的材料 去除规律生成动画的每一帧。三维仿真通过三维演示窗口显示在屏幕上。在自动模块和编
9、辑模块中，都可在文件的打开和保存时进行快速的仿真演示。图 6-1-6 为加工一个保龄球 瓶时的动态三维效果演示。图 6-1-6 三维演示KT560-T 数控系统的系统参数管理功能,能够同时满足开放性与灵活性、安全性与可靠性的 要求。由于数控机床涉及的参数很多，不同类型的数控机床甚至同一类型不同的数控机床 都有各自不同的参数，这给参数管理带来了不便，要求参数管理模块具有很大的灵活性与 开放性，当被管理的参数发生变化时，参数管理模块能自动适应产生的变化，即能对参数 的增加、减少、类型的变化等进行动态的管理。KT560_T 提供了一个参数设计软件工具 （软件参数界面见图 6-1-7） ，允许系统制造
10、厂商自行定义和编辑系统参数。图 6-1-7 参数界面论文6 6. .2 2 开开放放式式运运动动控控制制器器实实验验装装置置开放式运动控制器实验装置的主要功能有：执行运动程序和 PLC 程序、控制和调整伺 服电机运行特性、系统的故障监控和与计算机通讯。它能帮助我们学习数控机床运动与插 补原理，进而根据实际的控制要求开发数控机床需要的各种功能。6.2.16.2.1实验装置的基本组成实验装置的基本组成开放式运动控制实验装置的基本组成： 一台 IBM-PC 或兼容计算机； 一块四轴运动控 制卡 PMAC-LITE；一个带数控操作面板的装有四路直流伺服驱动器与四个带编码器的直流 伺服电机的机箱。 ，如
11、图 6-2-1 所示，机箱内部有一开关电源，输入为 AC220V，输出的 DC+/-12V 供 PMAC 内部数摸转换电路用，输出 DC24V 作为电机驱动卡的驱动电源。机箱操作面板上的 ON/OFF 开关控制电机驱动卡的电源，ACC8D OPT 4A 卡是四轴电机驱动卡，负责将 PMAC 送出的模 拟量信号转换成电机的速度和转矩，控制电机运行。另外，机箱内部还有二块信号转接板， 一块与 PMAC 卡的 J2、J3、J5、J11 输入/输出端口相连，转接信号；另一块连接机箱操作 面板上的控制按钮、开关及指示灯，分别表示 PMAC 的输入和输出。图 6-2-1 PMAC-LITE 控制系统的结构
12、6.2.26.2.2 PMACPMAC 的命令和变量集的命令和变量集用 PMAC 的命令和变量编写运动程序和 PLC 程序，控制伺服系统工作，进而可开发各种 应用软件，实现需要达到的功能。1 1. . 在在线线命命令令（立立即即执执行行，不不存存储储）1）全局命令 &1 指定坐标系 1 为当前寻址的系统 #1 指定电机 1 为当前寻址的电机 $ 全局复位，包括所有的电机和坐标系论文SAVE 保存 I 变量到 EEROM 中 OPEN PROG 1 打开运动程序 1 的缓冲器 CLEAR 清除打开缓冲器的内容 2) 坐标系定义命令 #1x 定义电机 1 为 x 轴，比例系数为 1。 R 运行当前
13、寻址的运动程序 当前坐标系中进给保持，并允许手动控制轴向运动。 A 立即终止当前的程序和轴运动 % 报告当前进给倍率值 %100 指定进给倍率值为 100% 3）电机命令 HM 电机执行返回参考点运动 #1J+ 手动电机 1 向正方向运动 J/ 停止手动运动的电机，变开环控制为闭环。 P 报告指定电机的位置 V 报告指定电机的速度2 2. . 运运动动程程序序命命令令这是一组缓冲命令，存放在缓冲器中，用 R 命令执行，其作用是指定运动位置，运动 方式和属性，程序逻辑控制，变量赋值。 例如：X100Y（P1）Z（P2*P3） 指定 X、Y、Z 的运动位置LINEAR 直线插补方式CIRCLE0
14、顺时针园弧插补方式ABS 所有的轴以绝对值方式运动INC（X） X 轴以增量值方式运动TM100 指定运动时间为 100msGOTO（标号） 跳转到指定标号的程序段I130=3000 I 变量赋值SENDP“abcd” 通过总线传送”abcd”给计算机TA 指定运动加速时间3 3. . P PL LC C 程程序序指指令令这也是一组缓冲命令，重复执行，其中包括运算、逻辑控制、信息传送等命令。 例如：IF ELSEENDIFWHILEENDWHILECOMMAND“#4HM” 指定“电机 4 返回参考点”命令4 4. . I I，P P，Q Q 和和 M M 变变量量I 变量用于设定 PMAC
15、卡的性能，伺服电机控制和编码器参数；P、Q 变量作为通用变量， 在运算中赋值和传送信息，Q 变量还可以在坐标系中作其它特殊用途；M 变量可以直接定义 存储器和 I/O 接口，通过 M 变量的读写，对 I/O 接口和各轴的实际位置、理论位置进行操论文作。6.2.36.2.3 运动程序组成和作用运动程序组成和作用运动程序由一些例命令语句组成，用于轴向定位和轮廓轨迹运动。1 1. . 运运动动命命令令X1000 Y2000 Z3000 U(P1*3.14159) V(20*SIN(Q6) DWELL, DELAY2 2. . 模模式式命命令令ABS，INC，FRAX，NORMAL ， LINEAR，CIRCLEn ,RAPID, SPLINEn, PVTTA, TM, TS, F3 3. . 变变量量赋赋值值变量=表达式4 4. . 逻逻辑辑控控制制语语句句N，O，GOTO，GOS
