摘 要: 在（zài）現代裝備（bèi）製造業繁榮發展的過（guò）程中（zhōng），裝備（bèi）的功能（néng）和性能都取決於數控加工（gōng）這一關（guān）鍵技術（shù）． 在開放式（shì）數控係統上，以 PMAC 為基礎，進行數（shù）控係（xì）統的開發（fā），分（fèn）別對數（shù）控係統內的硬件模塊和（hé）軟件結構的優化與開（kāi）發進行了探討，構建了比（bǐ）較完善（shàn）的開放式數（shù）控係統．
 
        關鍵詞: PMAC; 數控係統; 研究; 開發
 
        在當前的市場上，數控係統中的硬件模塊和軟件結構基本都（dōu）是專用的，兼容（róng）性非常差，在科學技術不斷進步的過程中（zhōng），缺點逐漸（jiàn）暴露出來． 基於此，以 PMAC 為基礎，對數控係統（tǒng）內的硬件模塊和（hé）軟件結構進行優化與開發，進而構建出比較完善的開放式數控係（xì）統．
 
        1 、基於（yú） PMAC 的數控係統總體概述
 
       在進行開放式數控係統構建時（shí），係（xì）統的實現途徑是首先需（xū）要考慮的問（wèn）題，對於開（kāi）放式數控係統的實現，要（yào）充（chōng）分的考慮該係統的發（fā）展特點、開發的成本、開發的難度等因素，最（zuì）終選（xuǎn）擇出恰當的實現方式，基於（yú）這些方（fāng）麵的因素（sù），本（běn）文中采用的形式（shì）為 IPC + 可編程運動控製器． 所謂（wèi） IPC + 可編程（chéng）運動控製器形式，是指在 IPC 的基礎上，將可編程運（yùn）動控製器嵌（qiàn）入進去（qù）［1］． 實際上，此種係統的運行平（píng）台（tái）為 IPC，而（ér）核心性的（de）部件為可編程運（yùn）動控（kòng）製器，這種形式（shì）的開放式（shì）數控係（xì）統所具備的擴展性是（shì）非常好的，當用戶需要進行
再次開發時，該形式完全支持． 此係統的開放性有兩級，一個是上級，另一個是下級． 除了具備成本低的優點之外，對於用戶自定義的軟件，在（zài）係統中能夠比較好的運行，與傳統的 CNC 相比，該係統界麵所具備的友好性更優．
 
       2 、硬件模塊開發
 
       2． 1 總體結構
 
       基於 PMAC 的數（shù）控係統（tǒng）在進行開發時，PMAC 型號（hào）的選擇是（shì）非常重要的一個（gè）環節． 在（zài）本文研（yán）究開發的係統中，選擇的運動控製卡為 PMACC2A － PC104 型，這個型號的運動控（kòng）製卡屬於板卡級產品，比較適合應用於嵌入式係統中． 控製卡具備十分緊湊的結構，在使用的過程（chéng）中成本比較少，具備（bèi）比較高的經濟性［2］．
 
      根據上麵的闡述可知，本文中開發的基於 PMAC 的數控係統實現形式為 IPC + 可編程運動控（kòng）製器，此可編程運動控製器選擇的就是 PMAC 運動控製卡． 由此，開放式數控係統的實現形式為（wéi） IPC + PMAC，在開發（fā）的數控係統中，選擇的 IPC 為上位機，主要的職責就是完成非實時性的任務，比如係統管理等，對於係統（tǒng）內的資源，合理的進行分配，在傳（chuán）遞（dì）信息時，速（sù）度非常快． 運動控製卡的主要任務是進行控製，控製的對象為運動軸，具備極強的實時性，同時，還擔負采集的職責，各軸的測量信息都在采集的範圍（wéi）之內． I/O 卡的主要功能是（shì）輸入和輸出，當各（gè）種開（kāi）關量信號需要進行輸入或輸出時，I/O 卡就開（kāi）始工作，其所完成的（de）也是實時性（xìng）的任務．
  
   

  
      圖 1 IPC + PMAC 總體結構圖

  
      2． 2 工控機
 
      工控機是（shì）指工業控製計算（suàn）機，在工業環（huán）境中（zhōng），其運行具備較高的可靠（kào）性，與傳感器等裝備能夠實現直接連接（jiē），從而有效地（dì）完成測控任（rèn）務． 無（wú）論是（shì）生產現場還是機械（xiè）設備的組成部分，工控機都（dōu）可以實現有效（xiào）的應用，在生（shēng）產現場，對整個生產過程進行實時的監控，並完成數據采（cǎi）集、處理和（hé）控製任務，而當工控機作為機械設備的（de）組成部（bù）分時，主要的就是完（wán）成控製任務［3］． 工控機的性能非常的穩定，在運算時，具備（bèi）很快的速度． 除此之外，工控機還具備兩大優點，一個是可靠性高，另一個（gè）是具備較高的環境適應能力． 基於 PMAC 的數（shù）控係統（tǒng）在開發的過程中，模擬的是工業環境，因此係統中選擇的工控機型號為 PLK－ 450，此種型號的工控機在嵌入 PMAC 卡時（shí），便捷性非（fēi）常好（hǎo）． 另外，工控機所配備的接口為 USB 型，即使 PMAC 卡與工（gōng）控機之間的安裝形式分裝，通信也能夠有效（xiào）的保證．
 
       2． 3 主基板
 
       在開放式數控係統（tǒng）中（zhōng），需要對 5 個軸進行控製，而 PMACC2A － PC104 在進（jìn）行控製時，可以同時對 4個軸進行控製，這就（jiù）需要（yào）對（duì）運（yùn）動控（kòng）製卡進行擴展． 在數控係統中，主卡（kǎ）為此型號的運（yùn）動（dòng）控製（zhì）卡，隨後添加一個（gè）副卡，副（fù）卡選擇的是 ACC － 1P 軸（zhóu）擴展（zhǎn）板，此擴展（zhǎn）板同樣具備 4 個通道． 由此一來，數控係（xì）統（tǒng）中所具備的軸數（shù）就增加為 8 個．

      2． 4  I/O 板
 
      對於運動控製係統來說，除了要執行運動程序之外，還需要執行（háng）邏輯控製程序． 通常來說，原點、限位（wèi）、主軸功能等都是數控係（xì）統中需要處理（lǐ）的邏（luó）輯變量（liàng），在對這些邏（luó）輯變量進行處（chù）理時（shí），多是由可編程邏輯控製器來進（jìn）行． 在開發的開放式數控係統中，原點和限位的處理可以由主（zhǔ）卡來進（jìn）行，而（ér）其（qí）他的（de）邏輯處理則需要利用 I/O 板來實現（xiàn），並且要對其進行擴展，擴展的實（shí）現也（yě）是（shì）由擴展板來實現，型號為 ACC －2P．

  
      3 、軟件結構開發
   
      3． 1 軟（ruǎn）件開（kāi）發核心技術（shù）
 
      在開放式數控係統中（zhōng），軟件是十（shí）分重要的組成部分，對數控係統的功能有著重要的影響． 在進行控製係統軟件開發時，要（yào）注意以（yǐ）下四個方麵的技術問（wèn）題: 第一，合（hé）理的選擇軟件開發平台． 軟件開發需（xū）要通過相應的開發平台來實現，在進行控製（zhì）係統的軟件開發平台搭建時，平台（tái）除了要具備軟件開發的功能之外，還需要蘊含十分豐富的開發資源，以便於二次（cì）開發或後續使用的（de）實現． 在（zài）進行基於 PMAC 的開（kāi）放式數控係統軟件開發（fā）時，以 Windows 2000 為操作平（píng）台來實現軟件開發，同時，開發資源來源於 PMAC 的動態鏈接庫［5］; 第（dì）二，插補算法（fǎ）的確定． 當前（qián），在（zài）控製機床軌跡時，采用的（de）插補策略為粗插補和（hé）精插補結合的方式，然而在進行插補的過程中，受到采樣頻率的製約，在一些中低速場合中，此種方法具備很好的插補效果，但是如果是高速（sù）高精度場合，此種插補策略無法滿足要求． 基於此（cǐ），在進（jìn）行軟件開發時，選（xuǎn）擇的插補算法為高速高精度，這在 PMAC 具備（bèi）的功（gōng）能中可以很好的實現（xiàn）; 第三，注重軟件（jiàn）伺服控製的（de）性能（néng）．數控係統的主要目的是對數（shù）控技術進（jìn）行控製（zhì），在實現控製目標（biāo）的過程中，最終的部分就是（shì）伺服控製，通過伺服控製的功能，使得數控加工過（guò）程中（zhōng），精度和速度都能夠滿足（zú）加工的要求． 因此，在（zài）進行軟件開發時，就必須要十（shí）分注重軟件伺服控製的（de）性能，在 PMAC 運動控製卡中（zhōng），所提（tí）供的算法為數字 PID 伺服控製，由此一來，伺服控製所具備的（de）性（xìng）能就（jiù）非常（cháng）的優良; 第四，保證軟（ruǎn）件開發的可靠性及效率． 數控係統中的軟件所承（chéng）擔的任務（wù）是比較（jiào）多的，在軟件設計的過程中，必須要保證軟件具備完成這些任務的功能，由此導致軟件設計與開發的複雜（zá）性比較（jiào）高，為了保證軟件開發具備較高的可（kě）靠性，同時在保證性能的（de）基（jī）礎上盡量地縮短開發周期，就需要采（cǎi）用（yòng）恰當的開發語言（yán）． 在 PMAC 的動態鏈接庫中，能夠實現高級語言開發的支持（chí）． 因（yīn）此，在進行軟件設計時，采用的設計方法為模塊化程序設（shè）計，進而不但滿足（zú）了可靠（kào）性及高效率的要求，而且在軟件使用的過程中，維護非常的簡單［6］．
 
      3． 2 數控係統軟件開發
   
      具（jù）體說來，開放式數控係（xì）統在（zài）進行軟（ruǎn）件開發時，主要包含兩個部分，一部分是 PMAC 實時控製軟件，另一（yī）個部分是係統管理軟件． 對於 PMAC 實時控製軟件，在進行設計時，開放性是必須要充分（fèn）考慮的因素，不同的用戶具備不同的功（gōng）能需求，開發出來的 PMAC 實時控製（zhì）軟件要支持用戶（hù）增（zēng）加軟件功能模塊; 而對於係統（tǒng）管理軟件來說，所承擔的功能並不具備實時性，比如係統初始化、故障診斷（duàn）、係統進程管理等． 軟件開發的進（jìn）行需要以係統設計要求為依據． 首先，分析係統的需（xū）求功能; 其次，根據係統功能，對軟件所承（chéng）擔的功能進行有（yǒu）效地劃分; 最（zuì）後（hòu），以 Windows 2000 操（cāo）作平台以及開發資源為（wéi）基礎（chǔ），完（wán）成軟件開發［7］．
 
      開放式數控係統的控製軟件具備開（kāi）放性的特征，主要包含五個層次，這五個層次的不同功能形成了（le）控製軟件的體（tǐ）係結構，見圖 2． 開放（fàng）式（shì）數控係統軟件開發最關鍵的一個環節是在操作（zuò）係統的選（xuǎn）擇（zé）上，因為它（tā）是一（yī）個實時的多任務控製係統，也隻有這樣，才能確保數控係統控製的實時（shí）性．
 
     控製軟件（jiàn）的開發在 Windows 2000 平台上進行，采用的開發語言為 VB 語言，在數控係統中（zhōng），大部分的任務都是實時性任務． 因此，PMAC 與 IPC 之（zhī）間通信的建立、故障診斷、參數輸入等都是軟件開發過程中的（de）重點． 在 PMAC 運動控製器中（zhōng），包含軟件包 Pcomm32，此軟件包（bāo）具備較強的開放性（xìng），同時，其（qí）中還包含 ActiveX 通信空間，當 IPC 與（yǔ） PMAC 通信時，隻需通過這兩項功能就可以有效（xiào）地（dì）實現通信． 由此一（yī）來，通信設計中比較繁瑣的驅動（dòng）程序設計（jì）就可以直接省略，提升了軟件開發的效率． 除了開放性之外（wài），利用（yòng）VB 語言開發出來的軟件具備的可移植性也非常好． 通過 Windows 2000 與 VB 語言的有效結合，再加上編程時采用麵向對象法，保證了軟件開發的可靠性（xìng）． 同時，PMAC 的動（dòng）態鏈接庫中具備豐富的開發資源，促使軟件（jiàn）開（kāi）發的順利實現，也保（bǎo）證了軟件基（jī）本功能的實現．
 

     圖 2 控製軟件（jiàn）的體係結（jié）構

    
     4 、結論
 
     數控技術的開發與應用促進了現代裝備製造業（yè）的繁榮發展，在應用數控技術的過程中，需要通過數控係統來對其進行控製，以便於（yú）保證數控（kòng）加工的（de）速（sù）度及精（jīng）度． 原有的數控係統所具備的開放性不足，為了改善這個問題，在 PMAC 的基礎（chǔ）上，開發了開放式的數控係（xì）統． 在明確係統（tǒng）的（de）總體框架之後，通過相應（yīng）的硬件模塊開發與軟件結構開發，不僅保證了數控係（xì）統的開放性，同時提升了（le）數控係統的性能（néng），有效地（dì）實現了控製，最終推進了現代裝備製造業長久的發展．