工業(yè)PC機軟、硬件資源的豐富使得數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)更加方便快捷，系統(tǒng)的開發(fā)也不再受內(nèi)存大小等硬件資源的限制。但就目前而言，這些優(yōu)勢均是以犧牲控制系統(tǒng)的實時性為代價的，因為在多數(shù)情況下，以工業(yè)PC機目前的速度是不能兼顧或很好地完成系統(tǒng)維護及實時控制這兩項任務(wù)的。針對以上矛盾，許多開發(fā)商采取了一種折衷的方案，即采用基于雙CPU的數(shù)控系統(tǒng)。在該種類型的數(shù)控系統(tǒng)中，上位機即工業(yè)PC機完成系統(tǒng)維護、加工代碼讀取、譯碼，刀補、刀具位置顯示等任務(wù)；下位機是一種連接于系統(tǒng)擴展槽內(nèi)、能夠與上位機進行實時通訊、獨立控制的微機，用于實現(xiàn)對系統(tǒng)實時加工的控制。這樣，數(shù)控系統(tǒng)兼顧了系統(tǒng)維護及實時控制兩個方面，滿足了數(shù)控系統(tǒng)的要求，也實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的開放化。

　　本文將簡單介紹一下基于這種思想而開發(fā)的熱切俐機數(shù)控軟件系統(tǒng)，即上位機軟件系統(tǒng)的構(gòu)成及開發(fā)。

1 控制系統(tǒng)的組成

　　數(shù)控熱切割機床是數(shù)控機床的一種，它具有一般數(shù)控機床的特點，能根據(jù)數(shù)控加工程序，自動完成從點火一預熱一通切割氣體一切割一熄火一返回原點的整套切割過程。但熱切割機床又有別于一般數(shù)控金屬切削機床，它是利用氣體的高溫火焰把鋼板割縫加熱到熔融狀態(tài)，用高壓氧吹透鋼板實現(xiàn)切割，而不象金屬切削機床那樣，用金屬切削工具與工件剛性接觸來進行切削加工。

　　本文所研究的數(shù)控熱切割機系統(tǒng)采用上、下位機控制的形式。控制系統(tǒng)的組成見圖1。

　　系統(tǒng)中，上位機實現(xiàn)系統(tǒng)的各種維護任務(wù)并負責將加工數(shù)據(jù)傳送到指定的端口或內(nèi)存范圍；下位機根據(jù)上位機的加工數(shù)據(jù)控制電機實現(xiàn)實時的加工控制。在本系統(tǒng)中，下位機采用深圳市摩信科技有限公司開發(fā)的MCT8000S4系列控制器，上位機獲取加工數(shù)據(jù)后將其輪流放入特定的兩個結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)存空間，下位機實時地讀取該空間中的加工數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)直接應用于電機運動的控制。該系列的控制卡已經(jīng)將插補功能內(nèi)置，只需要上層提供相應的刀補后的加工數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)即可。

　　上位機的控制系統(tǒng)是基于PC機和Windom平臺的。其具有全中文的人性化操作界面，可以進行任意形狀的圖形加工，還可以根據(jù)用戶需要，配置自動調(diào)高、自動預熱、自動點火、自動穿孔、自動噴粉劃線CAD自動編輯套料等功能，開發(fā)平臺采用VC++。

2 任務(wù)的劃分

　　數(shù)控火焰切割機的任務(wù)分為實時任務(wù)及非實時任務(wù)陌種。實時任務(wù)又分為實時隨機任務(wù)和實時周期任務(wù)；非實時任務(wù)分為非實時隨機任務(wù)和非實時周期任務(wù)。實時任務(wù)是和加工的實時控制密切相關(guān)的任務(wù)，尤其是實時周期任務(wù)；非實時任務(wù)是系統(tǒng)管、維護及輔助的任務(wù)。

　　上位機的非實時隨機任務(wù)有：參數(shù)輸入任務(wù)、命令輸入任務(wù)、程序解釋及刀具半徑補償任務(wù)、程序預處理任務(wù)，文件服務(wù)任務(wù)、系統(tǒng)設(shè)置任務(wù)。系統(tǒng)幫助任務(wù)，故障診斷任務(wù)及輸人事件處理任務(wù)。這些任務(wù)的產(chǎn)生及處理是非實州的，也是隨機的。這些任務(wù)由Windovcs系統(tǒng)提供的消息映射機制來完成。

　　上位機的實時周期任務(wù)有：控制參數(shù)顯示任務(wù)，加工動態(tài)顯示任務(wù)、加工參數(shù)顯示任務(wù)、加工程序顯示任務(wù)及加工數(shù)據(jù)送人任務(wù)。這些任務(wù)主要是由系統(tǒng)定義一系列的不同優(yōu)先級的線程實現(xiàn)，對訪問有次序的線程采取制約機制，限制運行次序及訪問權(quán)限。

熱切割機數(shù)控系統(tǒng)上位機軟件結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 熱切割機數(shù)控系統(tǒng)上位機軟件結(jié)構(gòu)

3 數(shù)據(jù)流程

　　數(shù)控火焰切割機的數(shù)控系統(tǒng)和一般的數(shù)控系統(tǒng)一樣。必須完成譯碼(加工代碼解釋)、代碼預處理(刀補等)、插補準備，插補等兒個基本過程來實現(xiàn)加工。由于該系統(tǒng)采用了標準的運動控制卡，插補功能由運動控制卡的硬件電路來完成，所以上位機軟件系統(tǒng)只需要提供相應的加工數(shù)據(jù)即可，如圖3所示。下面簡要說明一下其數(shù)據(jù)的流程：零件的加丁程序在經(jīng)過丁NC程序準備后，以ISo標準格式放人NC程序緩沖區(qū)中，首先經(jīng)過NC程序的譯碼操作，將代碼中的加工及控制信息提取出來，以約定的格式存放于預刀補緩沖存儲區(qū)BS中；刀補后的數(shù)據(jù)放人刀補工作緩沖區(qū)AS中，然后將AS的內(nèi)容置為可直接用于下位機讀取的數(shù)據(jù)后放人刀補輸出緩沖區(qū)OS中，下位機會循環(huán)檢測該區(qū)域的數(shù)據(jù)是否準備好，準備好后讀取數(shù)據(jù)控制電機及相關(guān)設(shè)備運行。在沒有刀補的情況下，將BS區(qū)中的軌跡信息經(jīng)過簡單處理后直接放人刀補工作緩沖區(qū)AS中。

　　在有刀補處理的情況下，只用一個BS緩沖區(qū)不能夠滿足實際刀具中心軌跡計算的需要，因此在BS區(qū)和AS區(qū)之間設(shè)立刀補緩沖區(qū)CS。BS、CS和AS各自包含一個計算區(qū)域，這樣，在系統(tǒng)啟動后，第一段加工程序先被讀人BS，經(jīng)過刀補任務(wù)處理后，在BS經(jīng)過數(shù)據(jù)計算的第一段編程軌跡被送到CS中暫存。接著代碼解釋任務(wù)又將下一段加工程序讀人13,5中。由刀補任務(wù)計算出第二段程序的編程軌跡。接著。對第一、二兩段編程軌跡的連接方式進行判別，根據(jù)判別的結(jié)果，對Cs中的第一段編程軌跡做相應修正。修正結(jié)束后，順序地將修正后的第一段編程軌跡由CS送入AS，第二段編程軌跡由Bs送人CS。隨后，由插補準備任務(wù)將AS的內(nèi)容處理成可直接用于插補的數(shù)據(jù)送到OS區(qū)。

　　在讀入加工程序控制數(shù)據(jù)的同時，系統(tǒng)還要求讀人界面上用戶對系統(tǒng)的設(shè)置，這些設(shè)置構(gòu)成了系統(tǒng)的另一個控制參數(shù)表。這些控制參數(shù)中，需要在系統(tǒng)啟動時進行總體設(shè)置，也可以在程序運行期間零件加工完成后進行設(shè)置，如軟件限位、最高速度等。

4 系統(tǒng)模塊的劃分

　　上位機的控制系統(tǒng)按用戶的需要，共分為豐框架、界而、譯碼。刀補。幽形庫、仿真幾個模塊。

　　主框架是控制系統(tǒng)軟件本身的構(gòu)架，它不但包含軟件本身的框架類、數(shù)據(jù)處理類，視圖類以及框架本身生成的必要資源(工具條，邊框等)，還承載了系統(tǒng)后加入的各種資源以及動態(tài)連接庫。系統(tǒng)的開發(fā)是分成幾個模塊進行的。這樣消啟、的轉(zhuǎn)接收和調(diào)用功能只能分配到各個功能實現(xiàn)類的管理框架中去。系統(tǒng)的維護采用了集中的原則，即只要主框架可以處理的消息和任務(wù)就要盡量集中到主框架中去處理。例如，屬性框、對話等資源又是一種規(guī)模較小的框架，他們不但負責數(shù)據(jù)讀入的一系列處理，還負責將相應的消息發(fā)送到主框架中去并啟動主框架的新任務(wù)，以便主框架進行正確的處理。這樣做的好處是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、分配有序、便于二次開發(fā)。該系統(tǒng)開發(fā)了十個界面：即主界面、手工移動界面、定程移動界面，極限移動界面、鋼板準直界面、程序編輯界面、多件加工界面、自動加工界面、系統(tǒng)設(shè)置界面及診斷界面，并實現(xiàn)了各界面內(nèi)部切換功能、相應工具條的顯示隱藏(系統(tǒng)消息及自定義消息結(jié)合)及對應功能的調(diào)用。

　　譯碼模塊是對加工數(shù)據(jù)進行處理的第一個模塊。譯碼數(shù)據(jù)的正確與否直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常運行。譯碼模塊處理的是標準的G代碼，該模塊中集成了對數(shù)控代碼的讀人、錯誤檢查、加工軌跡參數(shù)的讀取與規(guī)范。控制參數(shù)的讀取與存儲等功能。該模塊中的加工及控制信息均存在于～個全局的模板中，便于后繼的處理及訪問。

　　刀補模塊采用c功能的刀具半徑補償算法，因c刀補基于矢量的計算原理。所以能夠很好地解決工作輪廓加工過程中兩程序段間的轉(zhuǎn)接過渡問題。這種補償技術(shù)通過計算和判斷轉(zhuǎn)接類型(伸長型，插入型、縮短型)、曲線連接形式及刀補狀態(tài)，再加上譯碼的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理。

　　圖形庫是數(shù)控火焰切割機必不可少的組成部分，在圖形庫中存在大量的標準工件。這些標準工件為相同及相似工件的加工提供了便利。圖形庫還具有編輯套料功能，能對標準件的尺寸、數(shù)量、位置等進行編輯，還可以將不同的標準件臺并在同一個鋼板中，并自動生成加工代碼，功能十分強大。

　　仿真模塊是在不啟動電機的情況下而實現(xiàn)加工過程模擬的繪圖模塊。浚模塊與主框架的說類密切聯(lián)系。是由具體繪圖函數(shù)、尺寸計算函數(shù)以及插補運竹函數(shù)組成戰(zhàn)的。該模塊的實現(xiàn)原理是：在土捱架的視類中定義一塊視圖區(qū)域，該區(qū)域以外的視圖均不允獲得繪制圖形，按照一定的算法，根據(jù)譯碼后的數(shù)姑來獲得當前鋼板零件的大小；按照鋼板的人小及繪圖區(qū)域大小設(shè)定比例尺；由編譯后加工及移動數(shù)據(jù)，經(jīng)譯碼運算后，將各曲線按照插補方式分成小直線段，再按一定速度有序地繪出，最終繪圖的結(jié)果即為所加工的鋼板，繪圖次序即為加工次序。

5 系統(tǒng)功能的定義

　　該數(shù)控系統(tǒng)具有手動控制、程序編輯、自動加工、零件選項。套料、系統(tǒng)設(shè)置、監(jiān)控診斷機系統(tǒng)幫助等功能。

　　手動控制中實現(xiàn)了點動、連續(xù)移動，定長移動、回零等功能。用于系統(tǒng)定位及實現(xiàn)簡單加工。程序編輯中實現(xiàn)了加工程序的打開、新建、編輯、存儲及圖形預顯等功能，用于對G代碼文件的編輯處理。

　　自動加工功能對程序編輯處理后的G代碼文件實現(xiàn)加工，它也包含了一些對主軸的控制，如停止加工、暫停加工、斷點記憶功能等。

　　零件選項主要是針對經(jīng)程序編輯處理后文件的圖形進行排列和轉(zhuǎn)動，并可以形成新的G代碼文件。

　　套料功能中實現(xiàn)了不同零件間的組合、拆分、相對轉(zhuǎn)動，排列和切割順序的定義等。

　　系統(tǒng)設(shè)置中實現(xiàn)對系統(tǒng)一些全局參數(shù)的設(shè)置，其中包括系統(tǒng)運行需要的參數(shù)和系統(tǒng)調(diào)試需要的參數(shù)兩類，只有這兩類參數(shù)的正確設(shè)置才能夠保證系統(tǒng)的正常運行。

　　監(jiān)控診斷包含了對系統(tǒng)全部硬件端口，傳感器和電機的檢測功能，另外，還具有一些系統(tǒng)維護的必要軟件工具，如殺毒程序等。

6 結(jié)論

　　本文介紹了一種基于PC機和Windows平臺，用于火焰切割、等離子切割和激光切割的開放式熱切割數(shù)控系統(tǒng)的有關(guān)構(gòu)成、上位機任務(wù)的劃分、加工數(shù)據(jù)內(nèi)容。該控位機系統(tǒng)的開發(fā)已接近尾聲。本系統(tǒng)的研制成將提升切割機的整機性能，提高切割機的性能價格比，增強其在市場上的競爭實力。