浅析基于PMAC开放式数控试验平台控制系统的软件设计

2020-01-04张红

科学与信息化 2020年36期

张红

福建船政交通职业学院福建福州 350007

基于“P C+运动控制卡”的开放式体系结构，选用PMAC2A-PC/104作为运动控制器，通过串口同计算机通讯，并与交流伺服电机、伺服驱动器、光电编码器等部件搭建具有半闭环控制功能的二维控制系统实验平台；基于Visual Basic 6.0调用PMAC提供的Pcomm32动态链接库的相应功能函数，开发完成了PC端的友好的用户功能界面。实现诸如运动程序编写、参数设置、程序上下载、系统运行参数显示等功能。

1 开放式数控平台的硬件构成

利用开放式系统结构的原理将模块化的各个部件组合起来，就构成了一个机电一体化系统。本系统以伺服电动机作为执行元件，计算机（包括计算机PC＋多轴运动控制器PMAC2A-PC/104）、驱动装置（能源+伺服驱动器）、精密定位平台和检测反馈元件五个组成要素构成了位置控制的半闭环回路。本系统在计算机PC基础上，采用多轴运动控制器PMAC2A-PC/104构成控制系统进行控制及信息处理(也可以由PMAC2A-PC/104直接脱机运行)，PC上的CPU与PMAC上的CPU构成主从式微处理器结构，两个CPU各自实现相应的功能。其中PMAC主要完成精密平台X-Y两轴的实时运动控制，包括各运动轴的运动控制、操作面板开关量、机床逻辑功能、A/D、D/A转换等控制；PC机主要负责故障诊断、系统的管理与人机交互等任务，即保证了系统控制的安全性、可靠性和实时性。又发挥PC机人机界面可定制、开发简单、界面友好的优点。

PMAC卡通过专用的伺服控制芯片控制伺服电机的运动及接受编码器的反馈。伺服驱动器在控制信号的作用下驱动伺服电机转动，通过弹性联轴器和滚珠丝杆把伺服电机的旋转运动转化为平台在X-Y轴两个方向上的水平直线运动。不仅有限位和回零传感器，而且有装在伺服电机轴端上的编码器，他们共同组成一个有机的整体[1]。

2 开放式数控系统的软件结构

2.1 控制系统功能需求分析

任何控制器或控制系统要实现各自特定的功能，除了要设计可靠的硬件系统部分，还要一套完整的软件系统。多轴运动控制器具有强大的功能，为对多轴运动协调控制和各种运动模式的实现，也需要完整的软件实现。功能需求分析是控制系统设计的首要任务。数控系统的功能包括基本功能和选择功能，基本功能是数控系统必备的功能，选择功能是供用户按机床特点和用途可进行选择的功能。数控系统通常有如下主要功能：控制功能；操作功能；显示功能；诊断功能；补偿功能；通信功能；其中前四项是数控系统的必备的基本功能，补偿功能、图形显示功能和通讯功能则属于可选择的功能。这些功能的有机组合，可以满足不同用户的要求。

2.2 系统的软件结构

由于PMAC具有良好的软件开放性，从而大大方便了数控软件系统的开发，数控系统的软件由主控模块及各个功能模块组成。主控模块是为用户提供一个友好的系统操作界面，在此界面下，系统的各功能模块以菜单的形式被调用，系统的功能模块可分为实时控制类功能模块和非实时管理类模块两大类。实时控制类功能模块是控制机床当前运动和动作的软件模块，具有毫秒级甚至更高要求的时间响应；非实时管理类模块没有严格的时间响应要求。

3 人机界面的功能实现

3.1 上下位机通信程序编制

为了便于PMAC与上层Windows进行通信，PMAC提供Pcomm32动态链接库和ActiveX通信控件PtalkDT作为上层应用程序与PMAC之间通信的桥梁。与PMAC通信交换信息只需调用Pcomm32提供的函数库里的相应功能函数或使用PtalkDT提供的各种事件和方法，所以省去了繁重的通信驱动程序的开发，不必直接与PMAC硬件打交道。其中PMAC．SYS为WINDOWS NT核心驱动程序，PMAC．VXD为WINDOWS 9X虚拟设备驱动程序。

3.2 初始化程序

通过调用Pmac Configure(HWND hWnd,DWORD dwDevice)打开通讯配置对话框，调用OpenPmacDevice(DWORD dwDevice)函数实现PMAC卡的识别和加载，为应用程序同PMAC交换数据开辟通道。

3.3 同PMAC交互程序

所有手动功能如轴选择、精确定位、电机正反转、回零等都是通过API函数PmacGetResponseA(DWORD dwDevice，PCHAR response，UINT maxchar，PCHAR command)来实现的，通过改变command给PMAC发送不同的指令，如电机正反转时command为”#nj+”和”#nj-”。系统的状态以及各种参数变量都存储在PMAC内存中，分别用M变量去指向各状态的地址，可通过操作M变量进行状态的读取和参数的写入以及完成I/O口的控制，利用Timer定时器控件实现坐标位置实时显示和I/O输入输出指示。

3.4 运动程序和PLC程序的编辑、下载和编译

PMAC的运动程序可以通过它的PEWIN32终端窗口编写，程序送到缓冲区后，可以在终端窗口键入“&mBnR”运行程序，其中m为坐标系号，n为程序号；如果是在文本编辑器中编写的程序，必须将其下载到PMAC中，然后才能运行，由函数PmacDownloadFile(DWORD dwDevice，char*fname)实现。

数控程序中的G代码和M、T、D等功能指令由G代码解释程序、M代码解释程序、T代码解释程序和D代码解释程序分别进行解释。这四个解释程序分别以运动程序PROG1000、PROG1001、PROG1002和PROG1003的形式存在，在系统调试时由PMAC可执行程序将它们下载到PMAC的固定内存中，在实际加工中被PMAC自动调用。