淺析基于PMAC開放式數控試驗平臺控制系統的軟件設計

張紅

福建船政交通職業學院 福建 福州 350007

基于“P C+運動控制卡”的開放式體系結構，選用PMAC2A-PC/104作為運動控制器，通過串口同計算機通訊，并與交流伺服電機、伺服驅動器、光電編碼器等部件搭建具有半閉環控制功能的二維控制系統實驗平臺；基于Visual Basic 6.0調用PMAC提供的Pcomm32動態鏈接庫的相應功能函數，開發完成了PC端的友好的用戶功能界面。實現諸如運動程序編寫、參數設置、程序上下載、系統運行參數顯示等功能。

1 開放式數控平臺的硬件構成

利用開放式系統結構的原理將模塊化的各個部件組合起來，就構成了一個機電一體化系統。本系統以伺服電動機作為執行元件，計算機（包括計算機PC＋多軸運動控制器PMAC2A-PC/104）、驅動裝置（能源+伺服驅動器）、精密定位平臺和檢測反饋元件五個組成要素構成了位置控制的半閉環回路。本系統在計算機PC基礎上，采用多軸運動控制器PMAC2A-PC/104構成控制系統進行控制及信息處理(也可以由PMAC2A-PC/104直接脫機運行)，PC上的CPU與PMAC上的CPU構成主從式微處理器結構，兩個CPU各自實現相應的功能。其中PMAC主要完成精密平臺X-Y兩軸的實時運動控制，包括各運動軸的運動控制、操作面板開關量、機床邏輯功能、A/D、D/A轉換等控制；PC機主要負責故障診斷、系統的管理與人機交互等任務，即保證了系統控制的安全性、可靠性和實時性。又發揮PC機人機界面可定制、開發簡單、界面友好的優點。

PMAC卡通過專用的伺服控制芯片控制伺服電機的運動及接受編碼器的反饋。伺服驅動器在控制信號的作用下驅動伺服電機轉動，通過彈性聯軸器和滾珠絲桿把伺服電機的旋轉運動轉化為平臺在X-Y軸兩個方向上的水平直線運動。不僅有限位和回零傳感器，而且有裝在伺服電機軸端上的編碼器，他們共同組成一個有機的整體[1]。

2 開放式數控系統的軟件結構

2.1 控制系統功能需求分析

任何控制器或控制系統要實現各自特定的功能，除了要設計可靠的硬件系統部分，還要一套完整的軟件系統。多軸運動控制器具有強大的功能，為對多軸運動協調控制和各種運動模式的實現，也需要完整的軟件實現。功能需求分析是控制系統設計的首要任務。數控系統的功能包括基本功能和選擇功能，基本功能是數控系統必備的功能，選擇功能是供用戶按機床特點和用途可進行選擇的功能。數控系統通常有如下主要功能：控制功能；操作功能；顯示功能；診斷功能；補償功能；通信功能；其中前四項是數控系統的必備的基本功能，補償功能、圖形顯示功能和通訊功能則屬于可選擇的功能。這些功能的有機組合，可以滿足不同用戶的要求。

2.2 系統的軟件結構

由于PMAC具有良好的軟件開放性，從而大大方便了數控軟件系統的開發，數控系統的軟件由主控模塊及各個功能模塊組成。主控模塊是為用戶提供一個友好的系統操作界面，在此界面下，系統的各功能模塊以菜單的形式被調用，系統的功能模塊可分為實時控制類功能模塊和非實時管理類模塊兩大類。實時控制類功能模塊是控制機床當前運動和動作的軟件模塊，具有毫秒級甚至更高要求的時間響應；非實時管理類模塊沒有嚴格的時間響應要求。

3 人機界面的功能實現

3.1 上下位機通信程序編制

為了便于PMAC與上層Windows進行通信，PMAC提供Pcomm32動態鏈接庫和ActiveX通信控件PtalkDT作為上層應用程序與PMAC之間通信的橋梁。與PMAC通信交換信息只需調用Pcomm32提供的函數庫里的相應功能函數或使用PtalkDT提供的各種事件和方法，所以省去了繁重的通信驅動程序的開發，不必直接與PMAC硬件打交道。其中PMAC．SYS為WINDOWS NT核心驅動程序，PMAC．VXD為WINDOWS 9X虛擬設備驅動程序。

3.2 初始化程序

通過調用Pmac Configure(HWND hWnd,DWORD dwDevice)打開通訊配置對話框，調用OpenPmacDevice(DWORD dwDevice)函數實現PMAC卡的識別和加載，為應用程序同PMAC交換數據開辟通道。

3.3 同PMAC交互程序

所有手動功能如軸選擇、精確定位、電機正反轉、回零等都是通過API函數PmacGetResponseA(DWORD dwDevice，PCHAR response，UINT maxchar，PCHAR command)來實現的，通過改變command給PMAC發送不同的指令，如電機正反轉時command為”#nj+”和”#nj-”。系統的狀態以及各種參數變量都存儲在PMAC內存中，分別用M變量去指向各狀態的地址，可通過操作M變量進行狀態的讀取和參數的寫入以及完成I/O口的控制，利用Timer定時器控件實現坐標位置實時顯示和I/O輸入輸出指示。

3.4 運動程序和PLC程序的編輯、下載和編譯

PMAC的運動程序可以通過它的PEWIN32終端窗口編寫，程序送到緩沖區后，可以在終端窗口鍵入“&mBnR”運行程序，其中m為坐標系號，n為程序號；如果是在文本編輯器中編寫的程序，必須將其下載到PMAC中，然后才能運行，由函數PmacDownloadFile(DWORD dwDevice，char*fname)實現。

數控程序中的G代碼和M、T、D等功能指令由G代碼解釋程序、M代碼解釋程序、T代碼解釋程序和D代碼解釋程序分別進行解釋。這四個解釋程序分別以運動程序PROG1000、PROG1001、PROG1002和PROG1003的形式存在，在系統調試時由PMAC可執行程序將它們下載到PMAC的固定內存中，在實際加工中被PMAC自動調用。

4 結束語

基于PMAC的開放式數控系統硬件、軟件系統的研究，通過功能實現的驗證，確立“PC+運動控制卡”的有價值，可使用性，對數控技術的研究具有參考價值。