龍門銑床數(shù)控系統(tǒng)改造

關(guān)鍵字：數(shù)控系統(tǒng)       

1 引言

    模塊化開放式數(shù)控系統(tǒng)是當(dāng)今數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向。多CPU開放式數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的最主要途徑是數(shù)控系統(tǒng)的PC化，PC化有三種途徑：1）在PC機(jī)上增加數(shù)控模塊；2）在數(shù)控系統(tǒng)上增加PC模塊；3）以軟盤文件的形式來管理數(shù)控程序，把CNC模塊插人PC機(jī)中是PC化的一種主要方式，PMAC（Programmabb Moltiple Axes Controller）運(yùn)動(dòng)控制器就是這樣的一個(gè)數(shù)控模塊。本文提出了以PMAC運(yùn)動(dòng)控制器作為CNC模塊，工業(yè)控制機(jī)為系統(tǒng)支撐單元的雙CPU開放式數(shù)控系統(tǒng)，并將該控制系統(tǒng)應(yīng)用于龍門銑床數(shù)控?cái)?shù)字化測(cè)量加工系統(tǒng)的開發(fā)，取得了良好的效果。

    本文介紹了基于PMAC的并行雙CPU開放式數(shù)控?cái)?shù)字化測(cè)量加工系統(tǒng)，并給出硬、軟件的設(shè)計(jì)框圖。本系統(tǒng)的特點(diǎn)是：各微處理器并行工作，軟件工作被分散到各級(jí)處理器，實(shí)現(xiàn)了WlNDOWS／NT環(huán)境下實(shí)時(shí)多任務(wù)處理，提高了系統(tǒng)的執(zhí)行速度.

2 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

2．1 PMAC介紹

    可編程多軸控制器PMAC是美國Delta Tau公司的產(chǎn)品。PMAC運(yùn)動(dòng)控制器是一個(gè)擁有高性能伺服運(yùn)動(dòng)的控制器，它借助于Motorola的DSP56001／56002數(shù)字信號(hào)處理器，可以同時(shí)操縱1—8個(gè)軸。這八根軸可以互相聯(lián)動(dòng)以便進(jìn)行完全協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)；每一根軸也可以被放人它自己的坐標(biāo)中，從而得到八個(gè)完全獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)；或者它們中的其它組合形式。

    PMAC運(yùn)動(dòng)控制器能夠通過存儲(chǔ)在它自己內(nèi)部的程序進(jìn)行單獨(dú)的操作和運(yùn)算，而且可以自動(dòng)對(duì)任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先等級(jí)判別，從而進(jìn)行實(shí)時(shí)的多任務(wù)處理。PMAC具有的這種同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)并能夠正確地進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序的能力，使得它在處理時(shí)間和任務(wù)切換的復(fù)雜性這兩方面大大減輕主機(jī)和編程器的負(fù)擔(dān)，提高整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行速度和控制精度。除此而外，PMAC還具有執(zhí)行運(yùn)動(dòng)程序、執(zhí)行PLC程序、伺服環(huán)更新、資源管理及與主機(jī)通信等功能。

2．2 數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    龍門銑床控制系統(tǒng)采用工業(yè)控制機(jī)（IPC）為基礎(chǔ)，在工控機(jī)主板上的內(nèi)擴(kuò)展槽插上PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制器和雙端口存儲(chǔ)器（DPRAM），形成該機(jī)床的控制中心。工控機(jī)上的CPU 與PMAC 的CPU（DSP56001）構(gòu)成主從式雙微處理器結(jié)構(gòu)，兩個(gè)CPU各自實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，其中PMAC主要完成機(jī)床三軸的運(yùn)動(dòng)控制、控制面板開關(guān)量的控制和數(shù)字化采集的控制，工控機(jī)則主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的管理功能。為了實(shí)現(xiàn)PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制的功能，還需在PMAC板上擴(kuò)展相應(yīng)的I／O板、伺服驅(qū)動(dòng)單元、伺服電機(jī)、編碼器等，最終形成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)硬件由主額為233MHz的工業(yè)控制機(jī)、PMAC．Lite 1．5運(yùn)動(dòng)控制器、I／O板、雙端口RAM（DPRAM）、伺服單元及交流伺服電機(jī)等組成。數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

    1）PMAC運(yùn)動(dòng)控制器與主機(jī)之問的通訊采用了兩種方式。一種是總線通訊方式，另一種是利用DPRAM進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，主機(jī)與PMAC運(yùn)動(dòng)控制器主要通過PC總線通訊，至于控制卡和電機(jī)的狀態(tài)、電機(jī)位置、速度、跟隨誤差等數(shù)據(jù)則通過DPRAM交換信息�？偩�通訊方式是指主機(jī)到指定的地址上去尋找PMAC運(yùn)動(dòng)控制器，其中指定的地址是由PMAC的跳線確定。雙端口RAM主要是用來與PMAC進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)通訊和命令通訊。一方面，雙端口RAM在用于向PMAC寫數(shù)據(jù)時(shí)，在實(shí)時(shí)狀態(tài)下能夠快速地將位置數(shù)據(jù)信息或程序信息進(jìn)行重復(fù)下載：另一方面，雙端口RAM在用于從PMAC中讀取數(shù)據(jù)時(shí)，可以快速地重復(fù)地獲取系統(tǒng)的狀態(tài)信息。譬如，交流伺服電機(jī)的狀態(tài)、位置、速度、跟隨誤差等數(shù)據(jù)可以不停被更新，并且能夠被PLC或被PMAC自動(dòng)地寫入DPRAM。如果系統(tǒng)中不使用DPRAM，這些數(shù)據(jù)必須用PMAC的在線命令（如?、P、V等），通過PC總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的存取。由于通過DPRAM進(jìn)行的數(shù)據(jù)存取不需要經(jīng)過通訊13發(fā)送命令和等待響應(yīng)，所以所需的時(shí)間要少得多，因此響應(yīng)的速度就快得多。在該控制系統(tǒng)中，主機(jī)和PMAC之間數(shù)據(jù)的傳送利用了PMAC為DPRAM提供的如下功能：

    ● DPRAM控制面板功能（從主機(jī)到PMAC）；

    ●DPRAM伺服系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)反饋功能（從PMAC到主機(jī)）；