全軟型開放式數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應用研究

畢俊喜 王舒瑋 薛志安 劉 斌 張亞強

(內(nèi)蒙古工業(yè)大學機械學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控技術(shù)已成為普遍推廣的高新技術(shù)制造形式，其對于提高生產(chǎn)率、保障加工精度、減少勞動力起到了巨大的作用［1］。同時，由于機械制造行業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，為了減少加工成本，提高制造系統(tǒng)的精度，開發(fā)并應用了新型數(shù)控系統(tǒng)——開放式數(shù)控系統(tǒng)［2］。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)即數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象(數(shù)控功能)，形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品［3］。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

美國Soft Servo System 公司以純軟件開放式的運動控制內(nèi)核為基礎(chǔ)，研究并開發(fā)出ServoWorks CNC 系統(tǒng)，其CNC 軟件在Ardence RTX 系統(tǒng)中得以運行，確保其各方面的基本性能可以盡量符合用于計算機數(shù)字控制機床的具體要求。通過計算機中央處理器的運行實時運動引擎，使其具有多種功能，其中包括:閉環(huán)反饋、多軸插補、運動程序處理和PLC 邏輯運算功能［2］。還可搭配VersioBus 光纖、Panasonic RTEX、YASKAWA MECHATROLINK 和FXI-40 等多種伺服通訊網(wǎng)絡。其中，ServoWorks 的主要特色就是VersioBus，可用光纖構(gòu)成傳輸速率達到10Mbps 的數(shù)字式伺服通信系統(tǒng)并能與模擬伺服接口伺服驅(qū)動器和I/O 通信網(wǎng)絡連接通訊［4］。

1.1 關(guān)于硬件結(jié)構(gòu)

純軟件開放式數(shù)控系統(tǒng)ServoWorks CNC 無需運動控制卡即可完成任務傳輸，通過計算機CPU 的強大功能，完成全部所需的實時伺服控制和CNC 任務包括反饋回路，G 代碼處理和PLC，圖形用戶界面和網(wǎng)絡通訊等［5］。圖l 為ServoWorks 配置結(jié)構(gòu)圖。ServoWorks CNC 系統(tǒng)運行環(huán)境為Windows2000/XP，但目前電腦均為win7 以上系統(tǒng).因此在安裝此軟件時，需要在純凈系統(tǒng)下安裝，或者在虛擬機里安裝。

對于硬件的基本需求如下［6］:

CPU 的最小需求:Intel Pentium III 1 GHz 或同等級;建議需求或使用3D-DLACC(三維動態(tài)前瞻輪廓控制)時的最小需求為Intel Pentium IV 2 GHz 或更快;內(nèi)存(RAM)為128 MB(建議256 MB);硬盤空間需求為30 MB;根據(jù)不同的通訊硬件，需要一個ISA 總線插槽或PCI 插槽或PC 104 接口或Ethernet 網(wǎng)卡接口;Ethernet 網(wǎng)卡連接為10 MB/sec or 100 MB/sec。

顯卡需求:256-color 圖形顯示卡;800×600 像素分辨率(建議1024×768)，另有少量顯卡不兼容。

1.2 關(guān)于軟件系統(tǒng)

ServoWorks CNC 軟件技術(shù)由4 部分組成:ServoWorks 引擎內(nèi)核、各種ServoWorks 通訊平臺驅(qū)動、ServoWorks DLL 和SDK(ServoWorks Develop Kit，ServoWorks 二次開發(fā)軟件包)。

ServoWorks CNC 的軟件由3 層組成，最上層是以ServoWorks CNC 技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)控系統(tǒng)及相關(guān)軟件和基于ServoWorks PLC 技術(shù)的相關(guān)軟件;中間層是ServoWorks 實時DLL(Dynamic Link Library)動態(tài)連接庫;最下層是3 個實時模塊:ServoWorks 運動引擎，ServoWorks PLC 引擎和ServoWorks G 代碼編譯器。ServoWorks CNC 的軟件體系結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

3 關(guān)于軟件開發(fā)

ServoWorks CNC 系統(tǒng)二次開發(fā)的主要工具是ServoWorks Develop Kid(SDK)，SDK/MDK 開發(fā)套件包括應用軟件接口模塊庫(SWAPI/MAPI)，SWAPI/MAPI源代碼，Simulator，例程源代碼，客戶定制軟件開發(fā)服務。模擬運行，無需硬件，可用于軟件開發(fā)、培訓和測試。純軟件開放式數(shù)控技術(shù)ServoWorks 是通過調(diào)用內(nèi)核API 函數(shù)中的4 個子函數(shù)，即sssGetLocalMacro-Var、sssGeGlobalMacroVar、sssGetPermanentMacroVar、sssSetPermanentMacroVar 來分別實現(xiàn)局部變量、全局變量、變量引用、變量賦值的功能［7］。SDK 用于系統(tǒng)開發(fā)者利用如VB，VC++的編程工具開發(fā)出滿足自己工作需要的基于ServoWorks CNC 技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)及相關(guān)應用程序［8］。

2.1 關(guān)于系統(tǒng)主界面

通過運用Soft Servo System(3S)公司提供的ServoWorks Develop Kid(SDK)軟件開發(fā)包，在原有愛迪納控制技術(shù)有限公司提供的ADX 控制系統(tǒng)S-140M中開發(fā)出新的控制系統(tǒng)，在VB 環(huán)境中對原有的數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行了二次開發(fā)，同時獲得了符合要求的操作界面。圖3 為研究并開發(fā)的三軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)S-100M主界面［9］。本文主要研究開發(fā)關(guān)于三軸聯(lián)動控制系統(tǒng)，保證系統(tǒng)滿足用戶的特殊需求并可以正常運行。

2.2 關(guān)于部分S-100M 開發(fā)實例

如圖4 所示，點擊回零方式功能按鈕，生成Sub_Btn_3 的點擊事件，調(diào)用SetHomeMode 函數(shù)進入回零模式。

或者也可以通過Sub_Btn_3 的快捷鍵“F4”按鍵進入。

在主菜單下點擊“回零”按鈕，根據(jù)調(diào)用如下函數(shù)進入“回零”模式，同時可對每個正常狀態(tài)下運行的軸的回零狀態(tài)進行檢測并顯示。

同時，S-100M 具有繪圖功能，用下面的DoPlot子過程實現(xiàn)加工路徑的顯示，效果如圖5 所示

3 結(jié)語

在當今社會，科學電子技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)字控制已逐漸成為機械制造領(lǐng)域的重要發(fā)展趨勢［10］。而純軟件開放式數(shù)控系統(tǒng)正是數(shù)控發(fā)展方向中不可或缺環(huán)節(jié)，也是機械制造業(yè)研發(fā)的新目標。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的各種規(guī)范，即體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的重要核心［11］。本文所介紹的運用純軟件ONC 研究出的三軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)，正是利用了開放式數(shù)控系統(tǒng)便于進行開發(fā)來滿足用戶各種特殊需要的優(yōu)點，提高了ServoWorks 的實用性。

［1］劉莉.淺談機械制造中數(shù)控技術(shù)的應用及發(fā)展［J］.科技創(chuàng)新與應用，2012(10):93.

［2］白曉燦，陳永明.純軟件開放式數(shù)控系統(tǒng)在橋切機數(shù)控化改造中的運用［J］.機電工程技術(shù)，2010，39(6):113-114.

［3］張俠.開放式數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊管理與狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)研究［D］.天津:天津大學，2008.

［4］Soft Servo Systems Inc.ServoWorks with VersioBus setup and integration manual［Z］.Soft Servo Systems Inc，2002.

［5］章明眾，李寅，陳永明.基于純軟件開放式數(shù)控系統(tǒng)的FUJI 龍門磨床數(shù)控化改造［J］.電氣技術(shù)與自動化，2010，39(2):181-183.

［6］李寅.純軟件開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究及其在加工中心上的運用［D］.廈門:廈門大學，2009.

［7］章明眾，李寅，陳永明.開放式數(shù)控系統(tǒng)宏程序替代功能的開發(fā)與應用［J］.機床與液壓，2011，39(4):43-44.

［8］陳清德.純軟件開放式CNC 技術(shù)的研究及應用開發(fā)［D］.廈門:廈門大學，2007.

［9］黃海鵬.多軸聯(lián)動電火花加工數(shù)控系統(tǒng)軟件構(gòu)建及其應用研究［D］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學，2010.

［10］梁廣志.機械制造自動化的研究與應用［J］.中國機械，2013(13):207.

［11］張小兵.數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢探討［J］.機電技術(shù)，2008(2):88-90.