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基於VB6. 0 & ServoWorks SDK的全軟型四軸聯動數控係統研究與開發

2018-3-30 來源：內蒙古土業大學機械學院作者：畢俊喜，智伯雄，薛誌安

摘要:ServoWorks是一（yī）種基於PC解決方案的全軟件（jiàn）開放式CNC係統，它所有的功能均由軟件實現。通（tōng）過對Ser-voWorks CNC係統硬件結構和軟件結構的（de）分析，依據Soft Servo System公司提供（gòng）的SDK開發包在VB6. 0上進行軟件的一次開發，開發出了全軟型四軸（zhóu）聯動數控係統，並在實驗平台上進行了軟件的調（diào）試運行試驗，實現了（le）預（yù）期的目標（biāo）。

關鍵詞:ServoWorks CNC; SDK; VB6.0

0、前言

在Windows平台上開（kāi）發數控係統是目前數控係統發展的趨勢，可以充分利用PC的軟硬件優（yōu）勢以及開放性體係（xì）結構，來實現數控係（xì）統（tǒng）的模塊化、標準化、可移植化和網（wǎng）絡化等特點。

為了提高（gāo）係統的實時性，Soft Servo Syste為Win-dows係統嵌入了IntervalZero公司的RTX實時係統。RTX實時（shí）擴展技術使得SoftWorks CNC伺服（fú）控製程序可運行在PC上，由PC的CPU執行所（suǒ）有（yǒu）的實時伺服任務和CNC任務（wù），包括:反饋回（huí）路（lù）、多軸插補、網絡通信、文件管理、數據處理等功能。在開發全軟數控係統時需要己經通過嚴格檢測其精度和穩定性的硬實（shí）時計時器的支持。一般可通（tōng）過使用RDTSC來計算CPU時鍾（zhōng）周期，並將其作為標準檢測時鍾信號，來檢測RTX定時器的精度和穩定性。IntervalZer。公司的RTX實時（shí）軟件的時（shí）鍾分辨率可達到0. 1 μs。SoftWorks CNC的多任務實時軟件結構完全替代了運（yùn）動控（kòng）製卡來完成高實時性的伺（sì）服控（kòng）製任務，有效地消除了硬件帶來的可靠性差、成本（běn）高等問題。利用該軟伺服內核技術，用戶可以在Windows係統下開發出有自己特色的CNC產品。

1、SoftWorks CNC係統結構

1. 1 硬件結構

ServoWorks CNC的核（hé）心技術（shù）是軟件運動控製(Soft Motion)和實時以太網總線(EtherCAT)兩（liǎng）者結合的零（líng）硬件開放（fàng）式構架，係統無（wú）需運動控製卡即可完成任務傳輸，通過計算機CPU的強大功能，完成全部所需的（de）實時伺服控製和CNC任務。圖1為（wéi）Ser-voWorks配置結構圖。

圖1 S-120M配置結構圖

DX-110A為數控係統接（jiē）口模塊，可作為模擬主軸0~ 10 V接口、5 V脈衝手輪接口和控製麵板的16輸入（rù）/16輸出。IX-320是數字輸（shū）入輸出模塊，32位（wèi）輸入/32位輸出，可外接分線器和繼電器模塊。工控機和伺服驅動器之間通信EtherCAT。EtherCAT是一種開放總線技術，用標準網卡通信。EtherCAT帶寬100M, 30 μs更新1 000個I/0, 100個伺服軸（zhóu）的通訊（xùn）僅為100 μs，分（fèn）布時鍾(DC)技術（shù）使軸的同步偏差小於1 μs。

1. 2 軟（ruǎn）件係統

ServoWorks CNC軟件（jiàn）係統結（jié）構中(圖2)，主機內的軟件分為:Win32空間層（céng），實（shí）時係統（tǒng）層，以及兩者的接口層實時DLL (Dynamic Link Library)動態連接庫，其中計算機CPU給實時係統層最高的優先級。

圖2 Servoworks CNC軟件技術模塊圖

實時係統層包含3個模塊:ServoWorks CNC運動引擎，PLC引擎（qíng）和G代碼編譯器。其ServoWorksCNC引擎負（fù）責實現伺（sì）服控製，例如:插補、位（wèi）置控製、誤差（chà）補償、NC路徑的生成和控製等。

PLC引擎是（shì）ServoWorks CNC係統中的軟PLC的應用平台，它的掃描周期是5 ms，擁有（yǒu）38條指令功能和12條基本命令，能夠訪問所有的I/0點。 G代碼解釋器是用來處理ServoWorks CNC係統中的G代碼的，可將整個G代碼文件（jiàn）全部（bù）寫入係統中。其處理速度為1 000條指令/s.

2、SoftWorks CNC軟件二次開（kāi）發

Soft Servo System公司為二（èr）次開發提供了Ser-voWorks Develop Kid ( SDK)工具，SDK/MDK開發（fā）包擁有:應用軟件（jiàn）接口模塊庫(SWAPI /MAPI ) ,SWAPI / MAPI源代碼、Simulator、例程源代碼、客戶定製軟件開發服務等。在開發軟件（jiàn）係統（tǒng）、培訓技術人（rén）員和測試軟件（jiàn）時，選擇模擬（nǐ）運行後，可無需硬（yìng）件。ServoWorks CNC是通過調用（yòng）內（nèi）核API函數中的4個宏定義子函（hán）數來實（shí）現局部變量（liàng）、全局變量、變量（liàng）引（yǐn）用、變量賦值的功能圖. SDK方便、簡化了係（xì）統的二次開（kāi）發，如使用VB6.0, VC++等編程工具可開發出滿足自己工作需要的基於ServoWorks CNC技術的數控係統及相關應用程序。

2. 1 係統主界麵（miàn）

通過使（shǐ）用Soft Servo System (3S)公司提供的ServoWorks Develop Kid ( SDK)軟件開發包，在VB6. 0環境中對（duì）原（yuán）有（yǒu）的數據係統（tǒng）進行了二次開（kāi）發，同時獲得了符合要求的（de）操作界麵。圖3為未開發時（shí）的ADXI4軟件係（xì）統（tǒng）主（zhǔ）界麵，其為五軸聯動數控（kòng）係統，通過修改代碼，減少一（yī）軸，軟件就成為四軸聯動軟件。

圖3 ADXI4主界麵圖

圖4為開發後的四軸聯動數控係統主界麵（miàn）。文中主要研究開發（fā）關於四（sì）軸聯動控製係統，保（bǎo）證係（xì）統滿足（zú）用戶的特（tè）殊需求並可以正常運行。

圖4 四軸數控主界麵圖

2. 2 初始化通信模塊

初始化通訊模塊是為了建立用戶界麵和Ser-voWorks實時模塊之間的聯係。首先，調用Ser-voWorks APIs for Device Handling Commands中的函數sssOpenDevice()打開ServoWorks運動控製器驅動程序;接著，調用ServoWorks APIs for System Initial-ization and Firmware/Hardware Initialization Commands中的函數sssInstallDrives()裝載ServoWorks RTX引擎內核;隨後（hòu），調用sssOpenDrives()在ServoWorksRTX模塊中建立IP C(內部進程通信)通道;最後，調用函sssStartInterrupt()激活ServoWorks控製硬件，啟動ServoWorks CNC引擎的通（tōng）信和（hé）對ServoWorks控製硬件做出響應。

退出應用程序時，調用函（hán）數sssCloseDevice()關閉運動控製器，調用函數sssRemoveDevice()將引擎從RTSS進程中（zhōng）卸載Cal。初始化完整流程圖（tú）如圖（tú）5。

圖5 初始化流程圖

2. 3 狀態顯示模塊

軟件中狀態顯示模塊由（yóu）兩部分組成:坐標信息（xī）模塊和輔助信息模塊。坐標顯示模塊可實現（xiàn）界麵實時顯示編程坐標和機床坐標，並可通過監視伺服軸（zhóu）的運動狀態來了解加工狀況，調整加工（gōng）方法。

輔助信息模（mó）塊包括:軸狀態顯示和I/0狀態顯示（shì）。軸狀態顯示可實時顯示:軸是否回零、軸是否到達限位處、驅動器是否報警等;I/0狀態顯示（shì）實（shí）現了對FP-90和DC-120模塊的I/0口的實時監視。可通過輔（fǔ）助信息（xī）模塊達到對機床的實時監控，為實時操作和故障診斷提供了可能，讓係統更人性化。

調用函數Power2 (i)產生16進製地址;調（diào）用函數SSSSTATUS.FP75_Din/SSSTATUS. FP90_DOUT_ReadBack獲得FP -90狀態;調用SSSSTATUS. DC 120_Din / SSSTATUS. DC 120_ DOUT_ ReadBack獲得DC-120模塊的I/0狀態。部分程序如下（xià）:

3、結束語

研究在純軟件包Servo Works CNC開發包的基礎上，進行二次開發得到的四軸聯動數控係統，利用開（kāi）放式數控係統便於進（jìn）行開發的（de）優點（diǎn）來（lái）滿足用戶各種特殊需要，並在實驗平台上（shàng）實現（xiàn）了四軸機床（chuáng）的基本功能，為Servo Works CNC在實際四軸機床（chuáng）上的應用奠定了一定的理論基礎（chǔ），具有一定使用價值。與傳統（tǒng）的數控係統相比，Servo Works CNC實（shí）現了控製器的PC化和（hé）控製（zhì）方案的軟件化，具有最高的性價比和好的發展前景。

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