1引百近年來，機床控制采用工業(yè)PC機，在Windows操作系統(tǒng)下發(fā)展通用的數(shù)控系統(tǒng)，已成為數(shù)控技術(shù)發(fā)展的新潮流。PC機在Windows9x/NT操作系統(tǒng)下實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)有兩種方法：一種是由一臺計算機和一些功能模塊組成的單機模式，通過軟件完成大部分?jǐn)?shù)控功能，這種模式的硬件成本較低，但需要編寫設(shè)備的底層驅(qū)動程序（VxD）來實現(xiàn)Windows下的實時控制環(huán)境，軟件的編寫、維護相當(dāng)復(fù)雜，開發(fā)周期很長；另一種是并行雙CPU上下位機通訊模式，上位機負(fù)責(zé)人機接口等非實時控制部分，下位機負(fù)責(zé)插補、伺服更新等實時控制部分，相對而言該模式具有更大的靈活性，更容易實現(xiàn)。其中，本文所提出的將PMAC運動控制板插入工業(yè)PC機中所構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng)，開發(fā)周期短、運行速度快、控制精度高，是第二種模式的一個范例。
2數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1PMAC多軸運動控制器簡介美國DeltaTau公司生產(chǎn)的可編程多軸運動控制器（PMAC）是世界上功能*強的運動控制器之一，它借助于Motorola的DSP56001/56002數(shù)字信號處理器，可同時操縱1 ~8個軸。它能對存儲在內(nèi)部的程序進行單獨的運算，執(zhí)行運動程序、PLC程序、進行伺服環(huán)更新，并以串口、總線兩種方式與主計算機進行通訊。而且它還可以自動對任務(wù)進行優(yōu)先等級判別，從而進行實時的多任務(wù)處理，這使得它在處理時間和任務(wù)切換這兩方面大大減輕主機和編程器的負(fù)擔(dān)，提高了整個控制系統(tǒng)的運行速度和控制精度。
2.2數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理該數(shù)控系統(tǒng)采用工業(yè)PC機為基礎(chǔ)，在工控機主板ISA擴展槽上插入PMAC多軸運動控制器，形成機床的控制中心。工控機上的CPU與PMAC卡的CPU構(gòu)成主從式雙微處理器結(jié)構(gòu)，兩個CPU各自實現(xiàn)相應(yīng)的功能，其中PMAC主要完成機床三軸的運動、面板開關(guān)量和數(shù)字化采集的控制，工控機則主要實現(xiàn)系統(tǒng)的管理功能。為了實現(xiàn)PMAC多軸運動控制的功能，還需在PMAC板上擴展相應(yīng)的I/O板、伺服驅(qū)動單元、伺服電機、編碼器等，*終形成完整的控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)硬件由主頻為233MHz的工業(yè)PC機、PMAC-Lite1. 5運動控制器、I/O板、伺服單元及交流伺服電機等組成。數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖如所示。
（1）PMAC運動控制器與主機之間的通訊采用了兩種方式，一種是總線通訊方式，另一種是利用雙端口RAM（DPRAM）進行數(shù)據(jù)通信。主機與PMAC運動控制器主要通過PC總線通訊，至于控制卡和電機的狀態(tài)、電機位置、速度、跟隨誤差等數(shù)據(jù)，則通過DPRAM交換信息。總線通訊方式是指主機到指定的地址上去尋找PMAC運動控制器，其中指定的地址是由PMAC的跳線確定。雙端口⑵PMAC板的內(nèi)置PLC功能是經(jīng)智能I/O口的輸入輸出實現(xiàn)的。在控制系統(tǒng)中，送入PLC輸入信號主要有：操作面板和機床上的控制按鈕、擇開關(guān)等信號；各軸的行程開關(guān)、機械零點開關(guān)等號；幾床電器動作、限位、報警等信號；雖電柜中接器、氣動開關(guān)接觸等信號；各伺服模塊工作狀態(tài)信等。這些信號通過光電隔離后送到智能I/O接上，光電隔離有效地將計算機數(shù)字量通道與外部程模擬量通道隔離起來，大大地減小了外部因素干擾，提高了整機系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。PLC出的信號主要有：指示燈信號；控制繼電器、接觸能信號等。這些信號經(jīng)I/O接口送到相應(yīng)的繼基于PMAC的CNC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖RAM主要是用來與PMAC進行快速的數(shù)據(jù)和命令通訊。一方面，雙端口RAM在用于向PMAC寫數(shù)據(jù)時，在實時狀態(tài)下能快速將位置數(shù)據(jù)信息或程序信息進行重復(fù)下載：另一方面，雙端口RAM在用于從PMAC中讀取數(shù)據(jù)時，可以快速、重復(fù)地獲取系統(tǒng)的狀態(tài)信息。譬如，交流伺服電機的狀態(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總線進行數(shù)據(jù)的存取。
由于通過DPRAM進行的數(shù)據(jù)存取不需要經(jīng)過通訊口發(fā)送命令和等待響應(yīng)，所以所需的時間要少得多，因此響應(yīng)的速度就快得多。除了快速自動存取功能外，還可以用PMAC的M變量和主機的指針變量來指定DPRAM中還沒有被使用的寄存器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在主機與PMAC之間的傳送。而PMAC在使用數(shù)據(jù)采集功能時，所采集的數(shù)據(jù)直接送到DPRAM中。而不是常規(guī)的RAM中接的選信觸號口過的輸器電器上，*終控制相應(yīng)的電器。
3數(shù)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)該數(shù)控系統(tǒng)采用了前后臺式結(jié)構(gòu)，相應(yīng)地整個軟件分為前臺程序和后臺程序。前臺程序為PMAC實時控制軟件，主要包括插補模塊、伺服驅(qū)動模塊、PLC監(jiān)控模塊、加工程序解釋模塊、數(shù)據(jù)采集及數(shù)字化加工模塊等，也可根據(jù)具體要求加入一些新的控制模塊。前臺程序功能模塊如所示。后臺程序為系統(tǒng)管理軟件，主要實現(xiàn)初始化、參數(shù)輸入、加工程序編輯、系統(tǒng)管理和雙CPU通訊等功能。后臺程序功能模塊如所示。
后臺程序功能模塊數(shù)控火焰切割機加工工藝特點和按原軌跡返回功能的實現(xiàn)數(shù)控火焰切割機具有一般數(shù)控機床的特點，能根據(jù)數(shù)控加工程序，自動完成從點火一預(yù)熱一通氧一切割一熄火一返回原點的整套切割過程。但數(shù)控火焰切割機又有別于一般數(shù)控金屬切削機床，它利用氧一乙炔火焰把鋼板割縫加熱到熔融狀態(tài)，用高壓氧吹透鋼板進行切割，而不像金屬切削機床那樣，是用金屬切削工具與工件剛性接觸來進行切削加工的。由于各種因素的影響，有時會發(fā)生鋼板未割穿的現(xiàn)象，此時割炬應(yīng)暫停下來按原軌跡準(zhǔn)確地返回到未割穿點，再按原軌跡重新切割，因此數(shù)控火焰切割機必須具有隨時實現(xiàn)暫停及按原軌跡返回的功能。
在切割過程中，若發(fā)現(xiàn)有未割穿的情況，此時可以按下暫停鍵，中斷切割并自動關(guān)閉切割氧；再按下返回鍵，割炬便準(zhǔn)確地按原軌跡返回；待割炬返回到未割穿點以后，再次按下暫停鍵并按啟動鍵，切割機便自動打開切割氧，重新進行切割。在按下返回鍵時，計算機便從PMAC卡上的位置計數(shù)器中讀回剩余的脈沖數(shù)，與原來的脈沖數(shù)進行比較，將差值送回位置計數(shù)器，并使方向信號反相，這樣便使割炬按原軌跡返回。在該指令結(jié)束時，使系統(tǒng)指回上一條指令，從而實現(xiàn)線段之間的連續(xù)返回。
4結(jié)論本文在分析了數(shù)控火焰切割機加工工藝的基礎(chǔ)上，開發(fā)了基于工業(yè)PC機和PMAC板的數(shù)控火焰切割機的數(shù)控系統(tǒng)。該數(shù)控系統(tǒng)不但包含了普通數(shù)控系統(tǒng)的所有功能，而且還具有切割前自動點火、預(yù)熱、通切割氧、加工終結(jié)熄火以及加工中割炬按加工軌跡快速回退和前進等適合其工藝特點的功能。除此之外，系統(tǒng)軟件還具有完善的圖形編程、加工軌跡動態(tài)跟蹤顯示、加工軌跡動態(tài)模擬仿真、故障診斷、加工程序通訊傳輸?shù)榷喾N功能。該系統(tǒng)使用操作十分方便，適合于工業(yè)企業(yè)使用，已成功地應(yīng)用于武昌造船廠數(shù)控火焰切割機的改造中。
