0 概述
數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術, 是制造業實現自動化的基礎。 新一代數控系統正朝著以個人計算機為基礎, 向著開放化、智能化、網絡化方向發展。 基于 PC的開放式數控系統可以充分利用計算機的軟硬件資源和適于 PC機的各種先進技術, 已成為數控技術的發展趨勢。 開放式數控系統有以下三種類型:
a) PC機嵌入 NC型:在傳統的專用 NC中簡單地嵌入 PC技術, NC可以共享一些計算機的軟硬件資源, 而計算機只參加輔助編程、分析、監控、生產管理和工藝編制等工作;
b) NC嵌入 PC型:這是完全采用 PC機為硬件平臺的數控系統, 運動控制 (包括軸控制和機床邏輯控制 )功能由配有專用控制芯片的獨立的運動控制器完成, 通常以PC插件 (符合 ISA或 PCI總線標準 )形式的硬件或通過網絡連接的嵌入式系統實現;
c) 全軟件型:這是完全采用 PC機軟件控制的一種數控系統, 它把運動控制器以應用軟件的形式實現。
目前最常用的 Windows桌面操作系統是多線程、搶線多任務的 32位操作系統, 實時性比較差。 而實時控制又是數控系統的關鍵所在, 它決定了數控機床的加工速度和加工精度。 因此有些數控系統采用原始的 DOS操作系統作為軟件平臺, 可以滿足一般的實時性要求。 但是, 運行在實模式下的 16位單任務的 DOS操作系統沒有發揮出32位 PC機的優勢, 而且應用程序受 640k內存限制, 可直接對硬件操作, 系統可靠性難以保證。 本文介紹一種基于WindowsCE操作系統平臺的數控雕銑機控制系統, 利用WindowsCE強大的圖形界面功能、多線程機制和多媒體定時器來解決數控軟件的實時多任務處理能力, 其良好的軟硬件兼容能力, 能夠實現建立在標準總線基礎上的模塊化開放式數控系統。 本系統采用 NC嵌入 PC型結構由PC+PMAC構成開放式半閉環數控系統。 運動控制器應用 DSP的高速計算能力, 實現系統的高性能、高速度和高精度。 系統以極高的響應和處理速度完成對電機的精確控制, 實現空間直線插補和圓弧插補。 系統以簡潔實用的操作完成對復雜圖形的精確雕刻。
1 數控系統硬件設計
本系統硬件結構如圖 1所示。 伺服驅動系統采用全數字交流伺服電機驅動絲杠螺母機構運動, 三軸聯動。 主軸電機和伺服驅動電機采用 PWM變頻調速技術, 使交流電機的調速性能有很大的改善。 以奔騰處理器為管理平臺;工作運動以 DSP為控制核心。 工控機采用 PCl04/PⅢ 800型嵌入式控機, 主板上配有 104總線接口。 運動控制卡采用美國 DeltaTau公司的 PMAC2/PC104型控制卡, 可以直接和 104 總線接口的工控機相連。 PMAC是基于DSP和專用門陣列芯片, 遵循了開放式體系結構標準開發的可編程多軸運動控制器, 主要提供了機床性能機器人特性、計時檢測及通用自動化的性能, 可實現運動控制、邏輯控制、資源管理及主機的交互工作。 PMAC的核心是 MO-
TOROLA的 DSP56001/56002 數字信號處理器, 可同時控制 1 ~ 8個軸, 既可單獨執行存儲于其內部的程序, 也可執行運動程序和 PLC程序, 并進行伺服環更新及以串口、總線兩種方式與上位機進行通信。 PMAC還可自動對任務優先級進行判別, 從而進行實時多任務處理。 由于 PMAC卡具有強大的數字運算能力來完成數控插補、PLC程序運 行等實時任務, 簡化了實現數控系統實時性任務的開發工作, 只需根據要求開發上位機界面、NC程序編輯、機床狀態量讀取等非實時任務。 工控機和 PMAC之間通過 104 總線通信, 只需通過調用動態鏈接庫 PComm32就可實現兩者間的實時通信。
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宇匠數控專業生產:高速精密 雕銑機、精雕機、石墨機、鉆攻中心、加工中心;
3 結束語
WindowsCE以其良好的實時性和對多線程的支持,為實現總線式、模塊化和開放式的數控系統提供了便利?;?IPC+PMAC結構的數控系統, 充分利用了 PMAC控制器強大的伺服控制功能和 PC機高效靈活的編程功能, 硬件組成簡單, 軟件開發方便, 整個系統開發周期短, 開放性和可擴展性較強 。運動控制器應用 DSP的高速計算能力, 實現了系統的高性能、高速度和高精度。 系統以極高的響應和處理速度完成對電機的精確控制, 實現了空間直線插補和圓弧插補 。 以簡潔實用的操作完成對復雜圖形的精確雕刻。
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