目前數控系統國外己占主導地位，主要有德國的西門子和法國的NUM公司以及日本法那克公司的系統，但開放式數控系統還很少，仍然采用普通數控機床的G代碼編程，沒有適合數控組合機加工特點的參數化自動編程功能，而國內大部分為經濟型數控系統，功能簡單，不能用于數控組合機床上。總的說來，國產高檔數控系統的發展尚處于起步階段，而數控組合機的專用數控系統目前國內研發方面還沒有形成成熟的產品。所以開發一種高柔性、高效率、高可靠性的數控組合機的專用數控系統非常必要。本文所研究的基于PMAC多軸組數控系統適用于各類加工機床的數控系統配套和普通組合機的數控改造。

1 組合機數控系統的硬件結構

    可編程多軸控制器(PMAC)擁有高性能伺服運動控制器，可通過靈活的高級語言控制多軸同時運動，每一個軸可放入它自己的坐標系從而得到多個完全獨立的運動。結合多通道組合機床的特點，搭建IPC為上位機、PMAC運動控制卡為核心的下位機的硬件結構，將PC機與PMAC相結合形成并行雙CPU開放式數控系統的硬件結構。建立一個基于開放式的模塊化、可重構、可擴充的控制系統結構，以增強數控系統的柔性功能，快速有效地響應新的加工需求。組合機專用數控系統的硬件結構采用主從結構，工控機的CPU作為主CPU，運動控制卡上的DSP作為從CPU。工控機的主CPU作為上位機對用戶輸入的參數進行響應與處理，多軸運動控制卡上的DSP作為下位機的CPU進行底層的速度與軌跡控制。組合機數控系統的硬件結構如圖所示1。

圖1 組合機數控系統的硬件結構

2 組合機數控系統軟件結構

    2．1系統軟件結構

    組合機數控系統軟件以Windows為系統平臺，通過線程調度機制可方便地實現多任務。在線程調度中，每一個線程的優先級不同，優先級高的線程優先運行。急停、機械限位、硬件故障等線程優先級最高，它們首先取得CPU的運行時間。坐標運動、CRT顯示、加工狀態的動態顯示、加工軌跡模擬仿真等線程優先級依次降低。但另一方面，Windows是基于消息機制的，其實時性較差，不能滿足一些故障中斷、插補運算等實時性任務，為此組合機數控系統采用可編程多軸運動控制卡實現各種實時陛控制。基于PMAC的組合機專用數控系統的軟件體系結構采用圖2所示的體系結構。

    2．2人機界面及其通信協議

    PMAC軟件的開放性，支持各種高級語言，用戶可使用VB、VC、Delphi等在Windows軟件平臺上定制用戶專用界面，在數控語言上對用戶開放，不僅支持用戶直接調用現有的直線、圓弧、樣條曲線的插補指令，而且還允許用戶自定義G代碼、M代碼、T代碼、D代碼，實現以往數控語言所不能完成的功能。

圖2 組合機專用數控系統的軟件結構

    PMAC有4種變量，變量由一個字母(I，M，P或Q)后面接數字0～1023(Non Turbo)組成，不同類型的變量占用各自的地址。I變量決定某個給定功能的控制特性，被預先定義并放在內存固定的位置上，有固定的含義。M變量可直接存取一些重要的內存和I／O。P、Q都是通用用戶變量，區別是P變量為全局變量，Q變量為坐標系變量。表1為常用的一些變量。

表1 PMAC的一些常用變量

    該系統采用PMAC—PCI八軸運動控制卡，工控機為上位機，采用總線方式通訊，以Windows xP操作系統為軟件開發平臺，采用Visual Basic6．0可視化編程語言和模塊化的編程方法為開發工具，建立便于用戶操作的友好的人機交互接口界面。在由Delta Tau公司提供的Pcomm32通信函數庫及其相應的驅動程序、Pewin32調試程序支持下，調用PMAC的動態鏈接庫Pcomm32．dll，實現對PMAC硬件操作。

    在VB中調用Pcommon32通訊函數首先必須在VB中聲明函數，如：

    Declare Function PmacSelect Lib”Pcomm32．dll”(ByVal hWnd As Long)As Long

    Declare Function 0penPmacDevice Lib”Pcomm32．dll”(ByVal pmac As Long)As Long

    Declare Function PmacGetResponseA Lib”Peomm32．dll”(ByVal pmae As Long，ByVal response$，ByVal dummy As Integer，ByVal con—string S)As Long

    Declare Function ClosePmacDevice Lib”Pcomm32 dll”(ByVal pmac As Long)As Long

    利用VB建立的組合機數控系統的主界面如圖3。主要顯示運行模式、回零狀態、報警、命令速度、實際速度、跟隨誤差，進行機床參數、各工位參數設置，并顯示當前加工對應的程序段等。該系統有八個工位，其中有七個工位加工，一個工位用來裝卸工件。

圖3 組合機數控系統的主界面