1 引言
模塊化開放式數控系統是當今數控技術的發展方向。多CPU開放式數控系統實現的最主要途徑是數控系統的PC化，PC化有三種途徑：1）在PC機上增加數控模塊；2）在數控系統上增加PC模塊；3）以軟盤文件的形式來管理數控程序，把CNC模塊插人PC機中是PC化的一種主要方式，PMAC（Programmabb Moltiple Axes Controller）運動控制器就是這樣的一個數控模塊。本文提出了以PMAC運動控制器作為CNC模塊，工業控制機為系統支撐單元的雙CPU開放式數控系統，並將該控制系統應用於龍門銑床數控數字化測量加工系統的開發，取得了良好的效果。
本文介紹了基於PMAC的并行雙CPU開放式數控數字化測量加工系統，並給出硬、軟體的設計框圖。本系統的特點是：各微處理器并行工作，軟體工作被分散到各級處理器，實現了WlNDOWS／NT環境下實時多任務處理，提高了系統的執行速度.
2 數控系統的硬體結構
2．1 PMAC介紹
可編程多軸控制器PMAC是美國Delta Tau公司的產品。PMAC運動控制器是一個擁有高性能伺服運動的控制器，它藉助於Motorola的DSP56001／56002數字信號處理器，可以同時操縱1—8個軸。這八根軸可以互相聯動以便進行完全協調的運動；每一根軸也可以被放人它自己的坐標中，從而得到八個完全獨立的運動；或者它們中的其它組合形式。
PMAC運動控制器能夠通過存儲在它自己內部的程序進行單獨的操作和運算，而且可以自動對任務進行優先等級判別，從而進行實時的多任務處理。PMAC具有的這種同時執行多個任務並能夠正確地進行優先順序排序的能力，使得它在處理時間和任務切換的複雜性這兩方面大大減輕主機和編程器的負擔，提高整個控制系統的運行速度和控制精度。除此而外，PMAC還具有執行運動程序、執行PLC程序、伺服環更新、資源管理及與主機通信等功能。
2．2 數控系統硬體設計
龍門銑床控制系統採用工業控制機（IPC）為基礎，在工控機主板上的內擴展槽插上PMAC多軸運動控制器和雙埠存儲器（DPRAM），形成該機床的控制中心。工控機上的CPU 與PMAC 的CPU（DSP56001）構成主從式雙微處理器結構，兩個CPU各自實現相應的功能，其中PMAC主要完成機床三軸的運動控制、控制面板開關量的控制和數字化採集的控制，工控機則主要實現系統的管理功能。為了實現PMAC多軸運動控制的功能，還需在PMAC板上擴展相應的I／O板、伺服驅動單元、伺服電機、編碼器等，最終形成一個完整的控制系統。控制系統硬體由主額為233MHz的工業控制機、PMAC．Lite 1．5運動控制器、I／O板、雙埠RAM（DPRAM）、伺服單元及交流伺服電機等組成。數控系統硬體框圖如圖1所示。
1）PMAC運動控制器與主機之問的通訊採用了兩種方式。一種是匯流排通訊方式，另一種是利用DPRAM進行數據通信，主機與PMAC運動控制器主要通過PC匯流排通訊，至於控制卡和電機的狀態、電機位置、速度、跟隨誤差等數據則通過DPRAM交換信息。匯流排通訊方式是指主機到指定的地址上去尋找PMAC運動控制器，其中指定的地址是由PMAC的跳線確定。雙埠RAM主要是用來與PMAC進行快速的數據通訊和命令通訊。一方面，雙埠RAM在用於向PMAC寫數據時，在實時狀態下能夠快速地將位置數據信息或程序信息進行重複下載：另一方面，雙埠RAM在用於從PMAC中讀取數據時，可以快速地重複地獲取系統的狀態信息。譬如，交流伺服電機的狀態、位置、速度、跟隨誤差等數據可以不停被更新，並且能夠被PLC或被PMAC自動地寫入DPRAM。如果系統中不使用DPRAM，這些數據必須用PMAC的在線命令（如?、P、V等），通過PC匯流排進行數據的存取。由於通過DPRAM進行的數據存取不需要經過通訊13發送命令和等待響應，所以所需的時間要少得多，因此響應的速度就快得多。在該控制系統中，主機和PMAC之間數據的傳送利用了PMAC為DPRAM提供的如下功能：
● DPRAM控制面板功能（從主機到PMAC）；
●DPRAM伺服系統狀態數據反饋功能（從PMAC到主機）；
●DPRAM後台常量狀態數據反饋功能（從PMAC到主機）；
● DPRAM後台變數狀態數據反饋功能（從PMAC到主機）；
● DPRAM ASCII通訊緩衝區（雙向）；
● DPRAM 二進位轉換程序緩衝區（從主機到PMAC）；
除了上面快速自動的存取功能外，還可以用PMAC的M 變數和主機的指針變數來指定DPRAM中還沒有被使用的寄存器，實現數據在主機與PMAC之間的傳進。而PMAC在使用數據採集功能時，所採集的數據直接送到DPRA～I中，而不是常規的RAM 中。
該控制系統利用了DPRAM進行數據的自動存取，提高了系統的響應速度和系統加工精度，該機床控制系統的解析度為1ttm，同時也方便了控制系統中模塊之間的陝速通訊和地址表的設定，便於編程。
2）PMAC系統的內置PLC功能是經智能I／O介面的輸入輸出實現的。在控制系統中，送人PLC的輸入信號主要有：操作面板和機床上的控制按鈕、選擇開關等信號；各軸的行程開關、機械零點開關等信號；機床電器動作、限位、報警等信號；強電櫃中接觸器、氣動開關接觸等信號；各伺服模塊工作狀態信號等這些信號是通過光電隔離以後送到智能I／O介面上，光電隔離有效地將計算機數字量通道與外部過程模擬量通道隔離起來，大大地減小了外部因素的干擾，提高了整機系統的可靠性和穩定性。PLC輸出的信號主要有：指示燈信號；控制繼電器、接觸器、電磁閥等動作信號；伺服模塊的驅動使能和速度使能信號等。這些信號經I／O介面送到相應的繼電器上，最終控制相應的電器。
3）A／D介面板的主要作用是將仿形儀送出的代表壓偏量的額定模擬電壓轉化為數字量，作為壓偏量反饋信號供閉環仿形控制或數據採集所用。D／A介面將CPU計算出的各軸速度指令信號轉化成模擬量送到各軸的交流伺服模塊，以控制各軸伺服電機的運動。該系統的A／D轉換器內置於PMAC中，同時通過光電耦台器進行光電隔離，有效地將數字地與模擬地隔離開來，提高了系統可靠性和穩定性。
3 數控系統的軟體設計
該數控系統採用了前後台式結構，相應地整個軟體分為前台程序和後台程序。前台程序的設計充分考慮了軟體的開放性，這樣就可以根據某些具體要求增加軟體的功能模塊，為了實現這樣的功能，要在調度程序中留有一定的時間片供使用，PMAC應用程序提供了利用中斷調用這些模塊的功能。前台程序主要包括插補模塊、伺服驅動模塊、PLC監控模塊、數據採集及數字化加工模塊等，也可以根據具體要求加入一些新的控制模塊。前台程序功能模塊如圖2所示。
圖2 前後功能模塊圖
後台程序主要實現人機對話、數據處理和系統管理等功能。其功能模塊如圖3所示。
圖3 後台功能模塊圖
4 結論
該數控系統以通用的工業控制機為基礎，採用功能強大的運動控制器PMAC承擔插補計算、位置控制、速度控制等任務。實踐證明，這種雙CPU結構的開放式數控系統的方案是完全可行的。這種設計方案對於縮短數控開發周期．提高數控系統的加工精度、穩定性和多樣性具有重要的意義。
