基于PMAC的数控火焰切割机数控系统的开发
1引百近年来，机床控制采用工业pc机，在windows操作系统下发展通用的数控系统，已成为数控技术发展的新潮流。pc机在windows9x/nt操作系统下实现数控系统有两种方法：一种是由一台计算机和一些功能模块组成的单机模式，通过软件完成大部分数控功能，这种模式的硬件成本较低，但需要编写设备的底层驱动程序（vxd）来实现windows下的实时控制环境，软件的编写、维护相当复杂，开发周期很长；另一种是并行双cpu上下位机通讯模式，上位机负责人机接口等非实时控制部分，下位机负责插补、伺服更新等实时控制部分，相对而言该模式具有更大的灵活性，更容易实现。其中，本文所提出的将pmac运动控制板插入工业pc机中所构成的数控系统，开发周期短、运行速度快、控制精度高，是第二种模式的一个范例。
2数控系统的硬件设计2.1pmac多轴运动控制器简介美国deltatau公司生产的可编程多轴运动控制器（pmac）是世界上功能*强的运动控制器之一，它借助于motorola的dsp56001/56002数字信号处理器，可同时操纵1 ~8个轴。它能对存储在内部的程序进行单独的运算，执行运动程序、plc程序、进行伺服环更新，并以串口、总线两种方式与主计算机进行通讯。而且它还可以自动对任务进行优先等级判别，从而进行实时的多任务处理，这使得它在处理时间和任务切换这两方面大大减轻主机和编程器的负担，提高了整个控制系统的运行速度和控制精度。
2.2数控系统的硬件结构和工作原理该数控系统采用工业pc机为基础，在工控机主板isa扩展槽上插入pmac多轴运动控制器，形成机床的控制中心。工控机上的cpu与pmac卡的cpu构成主从式双微处理器结构，两个cpu各自实现相应的功能，其中pmac主要完成机床三轴的运动、面板开关量和数字化采集的控制，工控机则主要实现系统的管理功能。为了实现pmac多轴运动控制的功能，还需在pmac板上扩展相应的i/o板、伺服驱动单元、伺服电机、编码器等，*终形成完整的控制系统。控制系统硬件由主频为233mhz的工业pc机、pmac-lite1. 5运动控制器、i/o板、伺服单元及交流伺服电机等组成。数控系统硬件框图如所示。
（1）pmac运动控制器与主机之间的通讯采用了两种方式，一种是总线通讯方式，另一种是利用双端口ram（dpram）进行数据通信。主机与pmac运动控制器主要通过pc总线通讯，至于控制卡和电机的状态、电机位置、速度、跟随误差等数据，则通过dpram交换信息。总线通讯方式是指主机到的地址上去寻找pmac运动控制器，其中的地址是由pmac的跳线确定。双端口⑵pmac板的内置plc功能是经智能i/o口的输入输出实现的。在控制系统中，送入plc输入信号主要有：操作面板和机床上的控制按钮、择开关等信号；各轴的行程开关、机械零点开关等号；几床电器动作、限位、报警等信号；虽电柜中接器、气动开关接触等信号；各伺服模块工作状态信等。这些信号通过光电隔离后送到智能i/o接上，光电隔离有效地将计算机数字量通道与外部程模拟量通道隔离起来，大大地减小了外部因素干扰，提高了整机系统的可靠性和稳定性。plc出的信号主要有：指示灯信号；控制继电器、接触能信号等。这些信号经i/o接口送到相应的继基于pmac的cnc系统结构简图ram主要是用来与pmac进行快速的数据和命令通讯。一方面，双端口ram在用于向pmac写数据时，在实时状态下能快速将位置数据信息或程序信息进行重复下载：另一方面，双端口ram在用于从pmac中读取数据时，可以快速、重复地获取系统的状态信息。譬如，交流伺服电机的状态、位置、速度、跟随误差等数据可以不停被更新，并且能够被plc或被pmac自动写入dpram.如果系统中不使用dpram，这些数据必须用pmac的在线命令（如，p、v等）通过pc总线进行数据的存取。
由于通过dpram进行的数据存取不需要经过通讯口发送命令和等待响应，所以所需的时间要少得多，因此响应的速度就快得多。除了快速自动存取功能外，还可以用pmac的m变量和主机的指针变量来dpram中还没有被使用的寄存器，实现数据在主机与pmac之间的传送。而pmac在使用数据采集功能时，所采集的数据直接送到dpram中。而不是常规的ram中接的选信触号口过的输器电器上，*终控制相应的电器。
3数控系统的软件设计3.1数控系统的软件结构该数控系统采用了前后台式结构，相应地整个软件分为前台程序和后台程序。前台程序为pmac实时控制软件，主要包括插补模块、伺服驱动模块、plc监控模块、加工程序解释模块、数据采集及数字化加工模块等，也可根据具体要求加入一些新的控制模块。前台程序功能模块如所示。后台程序为系统管理软件，主要实现初始化、参数输入、加工程序编辑、系统管理和双cpu通讯等功能。后台程序功能模块如所示。
后台程序功能模块数控火焰切割机加工工艺特点和按原轨迹返回功能的实现数控火焰切割机具有一般数控机床的特点，能根据数控加工程序，自动完成从点火一预热一通氧一切割一熄火一返回原点的整套切割过程。但数控火焰切割机又有别于一般数控金属切削机床，它利用氧一乙炔火焰把钢板割缝加热到熔融状态，用高压氧吹透钢板进行切割，而不像金属切削机床那样，是用金属切削工具与工件刚性接触来进行切削加工的。由于各种因素的影响，有时会发生钢板未割穿的现象，此时割炬应暂停下来按原轨迹准确地返回到未割穿点，再按原轨迹重新切割，因此数控火焰切割机必须具有随时实现暂停及按原轨迹返回的功能。
在切割过程中，若发现有未割穿的情况，此时可以按下暂停键，中断切割并自动关闭切割氧；再按下返回键，割炬便准确地按原轨迹返回；待割炬返回到未割穿点以后，再次按下暂停键并按启动键，切割机便自动打开切割氧，重新进行切割。在按下返回键时，计算机便从pmac卡上的位置计数器中读回剩余的脉冲数，与原来的脉冲数进行比较，将差值送回位置计数器，并使方向信号反相，这样便使割炬按原轨迹返回。在该指令结束时，使系统指回上一条指令，从而实现线段之间的连续返回。
4结论本文在分析了数控火焰切割机加工工艺的基础上，开发了基于工业pc机和pmac板的数控火焰切割机的数控系统。该数控系统不但包含了普通数控系统的所有功能，而且还具有切割前自动点火、预热、通切割氧、加工终结熄火以及加工中割炬按加工轨迹快速回退和前进等适合其工艺特点的功能。除此之外，系统软件还具有完善的图形编程、加工轨迹动态跟踪显示、加工轨迹动态模拟仿真、故障诊断、加工程序通讯传输等多种功能。该系统使用操作十分方便，适合于工业企业使用，已成功地应用于武昌造船厂数控火焰切割机的改造中。
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