0　引言

　　隨著計算機軟、硬件技術和信息技術的迅猛發展，數控系統逐漸由傳統的專用型封閉式系統向靈活的開放式數控系統轉變，力求解決變換頻繁的需求與封閉控制系統之間的矛盾，從而建立一個統一的可重構的系統平臺，具有模塊化組織結構，允許用戶根據需要進行選配和集成、更改或擴展系統的功能，以便迅速適應不同的應用需求。

　　目前基于PC的開放式數控系統有3種模式：(1)PC嵌入CNC模式。這種模式無法直接利用通用的PC，開放性受到限制;(2)NC嵌入PC模式。這種模式是在通用PC的擴展槽中插入專用的運動控制卡，運動控制卡采用以DSP為核心的多軸運動控制技術，能夠充分保證系統的性能，同時可以充分利用PC機豐富的軟硬件資源，開放性好;(3)Soft型開放式數控系統模式。這種模式的CNC部分全部裝在PC機中，硬件部分為插在PC機擴展槽中的I/O板，提供給用戶最大的靈活性。但由于操作系統的實時性、標準的統一性以及系統的穩定性等一系列問題仍處于研究和實驗階段，尚未成熟。

　　比較這3種模式，第二種采用NC嵌入PC模式構建的開放式數控系統，性能可以得到保證，軟件的通用性又強，系統的開放性好，是目前比較可行的一種開發方式。

1　PCB鉆銑床數控系統的硬件結構設計

　　隨著我國電子工業的快速發展和集成電路的廣泛應用，對印刷線路板孔位尺寸精度、孔本身的圓度，以及孔與焊盤的同心度的要求越來越高，傳統的加工方法顯然已不適應時代的要求。為了滿足對大批量、高速高精度印刷電路板加工的需求，我們研制了將固高GT-SV-400運動控制卡插入IPC機模式的開放式數控鉆銑床控制系統，這種鉆銑床具有系統開放性強、運行速度快、控制精度高等諸多優點，適應印刷電路板加工業蓬勃發展的需求，有助于推動我國電子工業的發展。

　　(1)運動控制卡特點固高公司生產的GT-400-SV是高性能的四軸伺服運動控制卡，可以同步控制四個運動軸，其核心是ADSP2181數字信號處理器和FPGA技術，前者采用哈佛結構和MAC單元主要完成復雜的運動控制算法，后者實現譯碼、倍頻和脈沖分配等功能，因而可以實現復雜的多軸協調運動。控制卡以ISA為總線與IPC機相連，同時提供RS232串行通訊和PC104通訊接口，方便了用戶配置系統硬件，該運動控制卡還提供了C語言函數庫和動態連接庫，便于用戶開發適合自己需要的數控功能。

　　(2) PCB鉆銑床數控系統的硬件結構及工作原理開放式PCB鉆銑床數控系統采用IPC機+多軸運動控制卡的分層式雙CPU結構的控制方案，其中IPC機處理非實時部分，實時部分由插入IPC機的運動控制卡來實現。這樣的數控系統既具有PC機的柔性，又具有控制卡良好的控制性，大大提高了系統的運算速度和控制響應速度。

　　PCB數控鉆銑床系統的硬件結構(如圖1)采用固高公司GT-SV-400四軸伺服運動控制卡，同時對X軸、Y軸、Z1軸和Z2軸(雙頭雙電機)電機進行實時控制，另外，采用8位通用型輸出量信號控制兩個高速變頻主軸電機。換刀動作和斷刀檢測等信號量的檢測與控制均由GT-SV-400的開關量輸入輸出信號控制。

圖1　數控系統硬件結構

　　雙端口RAM具有數據總線和地址總線，可以同時并行訪問不同的存儲單元，這使得主從機之間可以快速地進行大容量數據交換，大大提高了主機與運動控制卡的并行處理能力，從而實現了真正的主從式實時通訊功能。

　　(3)伺服驅動模塊該數控系統中，采用4臺YASKAWA SGML-04AF12伺服電機(帶旋轉編碼器)和SGDL-04AS伺服驅動器，分別實現X向、Y向、Z向(雙頭雙電機)的進給驅動;利用板卡自帶的數字量輸出口，采用變頻調速器控制主軸電機。電機采用速度控制方式，信號連接選擇差動輸入信號、速度指令輸入、模擬地和數字地等信號。

2　PCB鉆銑床數控系統軟件結構設計

　　該系統采用了IPC +NC的結構，系統軟件設計借助COM組件，采用模塊化編程結構，主要包括人機界面應用軟件模塊、控制卡核心控制軟件模塊系統配置模塊和網絡接口模塊。

圖2　數控系統軟件結構

　　(1)人機界面模塊人機界面模塊主要用于實現用戶的輸入和系統的輸出。用戶的輸入包括用戶發出控制命令、設置系統參數等操作，而系統輸出包括當前系統狀態的在線顯示。

　　(2)核心控制模塊核心控制模塊包括數控代碼解釋模塊、伺服驅動模塊、插補模塊、檢測模塊和通訊模塊，它們通過內核程序協調來完成具體的任務。

　　其中通訊模塊是耗費工作量最大的部分，主要用來實現主從機之間的通訊，可利用GT-SV-400隨卡提供的win98/2000下的設備驅動PHDIO.SYS和面向運動控制卡的高級函數庫DTSVDLL.DLL來進行開發，其通訊示意圖如圖3所示，這樣方便了用戶的使用。

3　數控系統軟件實現

　　數控系統軟件程序在Windows2000下，采用Visual C++6.0面向對象語言進行基于組件的模塊化開發，可實現系統軟件的可重構性、可擴展性、可移植性和互操作性等特點。

　　(1)系統參數配置模塊系統參數配置模塊包括運動控制卡參數配置和系統控制參數配置兩部分。控制卡參數配置主要包括坐標軸映射、編碼器方向、限位信號、誤差限和伺服濾波等參數，配置界面如圖4，這些參數位于板卡底層，直接決定了系統的性能;系統控制參數配置主要包括軟限位、刀庫位置和刀具狀態等參數，刀具狀態參數配置界面如圖5，這些參數決定了系統運行狀態。用戶通過界面程序可對上述參數進行設置，并將形成配置文件controlcard.iNI，當系統啟動時控制卡信息參數自動被加載。

（2）系統運行主界面（如圖6所示）

圖6　系統運行界面

4　結束語

　　本文采用深圳固高有限公司GT-SV-400四軸伺服運動控制卡構筑了開放式數控系統，基于COM組件的模塊化軟件設計，以PC機實現友好的人機界面、靈活的系統配置和增強的外部軟件接口，提高了系統的運算速度和控制精度。該系統已成功被應用開發了印制線路板(PCB)數控鉆銑床，該系統功能強大，可完成插補運算、位置控制等實時控制。該系統由于具有與Protel等CAD軟件的接口，縮短了加工周期，提高了線路板的加工質量和效率。