LANDIS CNC6400數控系統剖析

王松鋒，陸賢輝，許可會

(上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東青島 266555)

LANDIS CNC6400數控系統剖析

王松鋒，陸賢輝，許可會

(上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東青島 266555)

主要介紹了LANDIS CNC6400數控系統的硬件、架構、軟件組成以及系統工作時的運行方式，并通過實例對其系統源代碼、零件程序內容進行了代碼分析。

CNC6400數控系統;架構

1 CNC6400數控系統簡介

現代化的加工廠離不開數控機床，數控系統作為數控機床的大腦，用于控制整個機床的機、電、氣、液裝置，起著極其重要的作用。LANDIS是一家歷史悠久的機床公司，主要生產汽車行業磨削設備，其機床產品廣泛應用于汽車發動機曲軸、凸輪軸加工場合。LANDIS公司從20世紀70年代就開始開發CNC控制系統，并發展衍生為當前的 CNC6400系統。CNC6400系統是一種符合OMAC(Open Modular Architecture Controller，即開放式、模塊化體系結構控制器，它容許把流行的硬件和軟件集成為控制器的基礎結構，是由美國三大汽車公司通用、福特、克萊斯勒于1994年提出的。OMAC用戶組于1997年成立，官方網站 http://www.omac.org/)規范的數控系統，它擁有如下特征:

(1)運行于Windows系統+VenturCom RTX(Real Time Extensions，即實時擴展，廣泛應用于工業自動化、電信、測量、醫藥、軍事等領域，使基于Windows的應用程序擁有確定性硬實時特征。Ventur-Com現已更名為IntervalZero)的PC硬件平臺;

(2)采用工業標準SERCOS(SErial Real－time COmmunication System，即串行實時通信系統，是一種用于數字伺服和傳動系統的現場總線接口和數據交換協議，符合IEC 1491國際標準，主要應用于各種數控機械設備)通信協議進行驅動控制;

(3)Profibus-DP或Interbus I/O;

(4)直線或旋轉軸可任意組合配置;

(5)多軸插補功能;

(6)多達31個同步軸;

(7)高級DSP控制選項;

(8)支持觸摸屏的GUI(圖形用戶界面);

(9)直線、圓形和多項式型輪廓控制;

(10)支持RS274 G＆M標準代碼的插補器;

(11)高級、機構型編程;

(12)提供報警、事件的OPC數據存取功能。

2 系統硬件及架構

Windows操作系統平臺市場占有率大、普及率高，其極佳的性價比，豐富的開發工具、應用程序和Win32應用程序接口使開發廠商傾向于在此平臺上開發自己的軟件，但其實時應用方面的不足，如線程優先級太少、不確定的線程調度機制、定時器分辨率較低等，無法滿足數控系統實時控制的要求，為此，LANDIS開發了兩種系統硬件結構，即早期的雙計算機CNC6400系統 (一臺運行Windows NT，一臺運行VXWorks)和后來的單計算機CNC6400系統 (Windows XP+VenturCom RTX)。應用于現場的單計算機CNC6400數控系統的硬件結構如圖1所示。

圖1 CNC6400系統硬件

UPS電源用于給CNC6400系統計算機和SERCOS驅動器 (控制回路)供電;工控機采用了SIEMENS PC877，其PCI插槽中安裝了SERCOS通信卡和Profibus(或Interbus)通信卡;以光纖為介質的SERCOS環構成CNC6400與驅動器之間的通信環路，計算機以1 ms的周期向環路中的所有SERCOS驅動軸發送位置控制指令，驅動軸實際位置偏差、速度、電流、驅動器狀態等信息也同樣通過光纖環路傳回控制系統;Bosch Rexroth Indradrive系列驅動器用于控制各伺服/主軸電機，其參數可通過配套軟件DriveTop進行配置;Heidenhain光柵尺各伺服軸的位置反饋，組成閉環控制系統;Marposs接觸式測頭用于零件在線測量/確認;離散I/O設備如限位開關、電磁閥等通過現場總線如Profibus或Interbus連接到CNC6400系統，現場總線也可用于如手輪、帶相關接口的電機等設備的控制;標準的觸摸顯示面板，顯示機床當前狀態、報警信息等內容，用戶可通過面板來更改零件程序、監控PLC狀態、打開其他用于程序等;通過可選的以太網接口，CNC6400可以與工廠網絡或其他控制器進行通信。

單計算機的CNC6400系統架構如圖2所示。

圖2 CNC6400系統架構

3 系統軟件組成

CNC6400系統的硬盤劃分為2個分區C和E，C盤用于存放Windows XP系統文件和翻譯成處理器內存文件的CNC6400系統文件;E盤用于存儲數據，通常由C盤中的程序產生 (CNC6400系統日志、零件加工信息等)，用戶可根據自己的需要確認是否清除E盤中的文件。如圖3所示。

圖3 CNC6400系統根目錄

C盤內的Windows文件夾下除了Windows XP系統文件外，還包含了一個重要的文件Wincnc32.ini，這個文件包含了使Windows支持CNC6400的配置信息。C盤內的CNC6400文件夾存放了除Windows系統文件外的所有用于運行設備的軟件，此文件夾內放了3個子文件夾:其中Exec存放CNC6400系統文件，此文件夾中的內容對于所有采用此數控系統的機床是通用的，僅當CNC6400系統做變更或升級時才會發生變動;Project文件夾存放LANDIS編寫的針對客戶項目或設備的軟件程序;Support文件夾存放用于運行/支持CNC6400系統的第三方軟件的安裝包。

CNC6400的執行軟件都包含在CNC6400文件夾內的Exec子文件夾內，由處理器運行的核心程序保存在bin子文件夾內。工控機上電后，Windows系統啟動CNC6400服務NCSRV.EXE，NCSRV.EXE將使RTX系統運行，然后NCWIN.EXE運行，NCWIN將請 求 NCSRV 啟 動 CNC6400的 RTX 組 件NCRTX.RTSS。Windows還 同 時 運 行 了 APPSTA32.EXE，其會開啟 CNC6400的用戶顯示組件WINCNC32.EXE，與NCWIN的通信將被建立并開始配置過程，配置過程由NCWIN完成。NCWIN將加載SoftSercansEXE.dll，并請求 NCSRV 加載 SoftSercRTX.dll。當上述配置完成后，NCWIN將加載并運行CNC6400系統程序和PLC程序。

工程軟件 (Project)是為CNC6400系統編寫的針對特定機床的軟件部分，它存放在CNC6400文件夾內的Project子文件夾內。在此文件夾內存放了命名為BITMAPS、CFG、SERCOS、MSG、PLD、PLC、SYS、PPE、PARAMS、HELP、PARTS、MARPOSS、 LOG的子文件夾，其內分別存放用于中文 (或其他語言)報警/狀態信息顯示的位圖文件、初始化文件、SERCOS環各驅動器的參數配置文件、多語言的報警/狀態信息文件、系統程序文件 (源代碼和可執行文件)、PLC程序源代碼、CNC6400系統緩存文件、零件程序編輯軟件、參數文件、幫助文件、零件程序文件、Marposs量儀參數文件、日志文件。

PLC用于處理電磁閥、接近開關、限位開關、冷卻液、液壓等信號，是數控系統不可或缺的一部分。CNC6400集成了ISaGRAF Wokbench，這是一款符合IEC 1131-3國際標準的、功能強大的產品，CNC6400通過OPC server與PLC交換狀態信息。通過PLC編輯軟件，可對PLC程序進行狀態監控、編輯、更改硬件配置 (如Profibus I/O點編輯)、強制狀態等。

4 系統代碼示例

機床的工作循環通過系統程序來控制，CNC6400系統的系統程序主要存放在Project文件夾下的PLD子文件夾內，分別以SP(System Program，系統程序)和H(Header，頭文件)作為后綴名，源代碼通過在DOS窗口下執行文件夾內的Dmake32來進行編譯，編譯生成機器可運行文件sysprog.pld。如下摘取dresser.sp中的一段系統程序源代碼:

以上代碼為CNC6400從PLC讀取狀態信號判斷是否要進行砂輪修整，如果需要修整則打開修整器處的冷卻液等待修整開始。其中的PlcRead()和Plc-Write()分別為PLC信號讀、寫函數。

實際分析代碼及代碼中的注解，可以認定程序代碼是用C語言編輯的，而非其提供給用戶的手冊中說明的“類似于”C語言 (見參考文獻 ［1］第71頁)。

5 零件程序示例

CNC6400的零件程序采用類似編程語言的方式，結構簡潔、清晰，并且在零件程序中可直接讀寫PLC變量，給程序編寫帶來很大方便。如下為一段示例:

以上代碼中，ReadBoolean()，WriteBoolean()為PLC讀、寫函數，Do…Until…功能與編程語言中的Do循環控制指令相似，MoveAxis()為伺服軸運動指令。函數中的參數可直接使用數值，也可指定參數集，參數集在圖形化的界面內進行查看和更改，非常人性化。

6 結束語

數控技術為現代加工技術帶來了革命性的變化，并隨著電子、材料等技術的進步不斷更新;隨著計算機技術、各種接口標準的融合與發展，類似CNC6400系統這樣的開放結構式的數控系統將逐漸成為發展主流。學習和掌握這些新技術，將使人們在實際生產過程中能夠更加高效地解決現場問題，并有效提高生產力。

【1】Cinetic Landis Grinding.CNC6400 Applications Manual V8.06［M］.

【2】CNC6400 control system introduction［EB/OL］.［2013－01－10］.http://www.cranfieldprecision.com/pdf/cnccontrol－system.pdf.

【3】IntervalZero.RTX幫助文檔［EB/OL］.［2013－01－10］.http://www.intervalzero.com/library/RTX/WebHelp/ RTX_Help.htm.

【4】WILLIAM Stallings.操作系統:精髓與設計原理［M］.6版.北京:機械工業出版社，2010.

【5】李斌，李曦.數控技術［M］.武漢:華中科技大學出版社，2010.

【6】譚浩強.C程序設計［M］.3版.北京:清華大學出版社，2005.

Analysis of LANDIS CNC6400 System

WANG Songfeng，LU Xianhui，XU Kehui
(Qingdao Branch，SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Qingdao Shandong 266555，China)

The hardware，architecture，software components，extension functions，part programs and running method of LANDIS CNC6400 system were introduced.The source code samples of the system program，PLC program，part programs were analyzed.

CNC6400 CNC system;Architecture

TP29

B

1001－3881(2014)8－120－3

10.3969/j.issn.1001－3881.2014.08.038

2013－03－13

王松鋒 (1984—)，男，本科學歷，長期從事汽車行業數控機床的維護與管理工作。E－mail:songfeng.wang@ 163.com。