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当前位置: 首页 > 新闻频道 > 应用设计 > 基于PMAC的并行双CPU开放式数控系统
基于PMAC的并行双CPU开放式数控系统
来源:中国数控机床网   发表时间:2019-3-17 6:24:00  浏览次数:
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AxesController)多轴运动控制器为CNC模块、工业控制机为系统支撑单元的双CPU数控系统,实现了两个级别的开放度:人机接口和非实时控制部件的定制和参数化;实时控制部件的参数化。

 

  1数控系统的硬件结构1.1PMAC多轴运动控制器PMAC多轴运动控制器是美国DeltaTau公司的产品,是一个拥有高性能伺服运动的控制器。它借助于Motorola的DSP56001/56002数字信号处理器,可同时控制18个轴。既可单独执行存储于其内部的程序,也可执行运动程序和PLC程序,并可进行伺服环更新及以串口、总线两种方式与上位机进行通信。PMAC还可自动对任务优先级进行判别,从而进行实时多任务处理。这一功能使得它在处理时间和任务切换这两方面大大减轻了主机和编程器的负担,提高了整个控制系统的运行速度和控制精度。

  1.2数控系统硬件结构及工作原理该数控系统的控制中心在工业控制机(IPC)平台基础上,采用PMAC多轴运动控制器和双端口存储器(DPRAM)。工控机上的CPU与PMAC的CPU(DSP56001)构成主从式双微处理器结构。PMAC主要完成机床三轴的运动、控制面板开关量的控制,工控机则主要实现系统的管理功能。为了实现PMAC多轴运动控制的功能,需在PMAC板上扩展相应的I/O板、伺服驱动单元、伺服电动机、编码器等,最终形成一个完整的数控系统。其结构原理如所示。

  (l)PMAC运动控制器与主机之间的通信采用了两种方式。一种是总线通信方式;另一种是利用DPRAM进行数据通信。主机与PMAC运动控制器主要通过PC总线通信,控制卡和电动机的状态、电动机位置、速度、跟随误差等数据则通过DPRAM交换信息。总线通信方式是指主机到指定的地址上去寻找PMAC运动控制器,其中指定的地址由PMAC的跳线确定。双端口RAM主要用来与PMAC进行快速的数据通信和命令通信。一方面,双端口RAM向PMAC写数据时,在实时状态下能够快速地将位置数据信息或程序信息进行重复下载;另一方面,双端口RAM从PMAC中读取数据时,可以快速重复地获取系统的状态信息。譬如,交流伺服电动机的状态、位置、速度、跟随误差等数据可以不停地被更新,并且能够被PLC或PMAC自动地写入DPRAM.由于DPRAM的数据存取不需要经过通信口发送命令和等待响应,所以提高了系统的响应速度和加工精度,同时也方便了控制系统中各模块之间的快速通信和地址表的设定,降低了编程难度。

  串口并口键盘软驱硬盘视频I.主CPU板及主I视蔌卡I ISA总线板2I伺服信号中转板A/D板1 TZ轴伺服单元及变频1仿形仪电动机控制面板机床电器强电柜I/O信号数控系统结构原理图口的输入输出实现的。在控制系统中,送人PLC的输入信号主要有:操作面板和机床上的控制按钮、选择开关等信号;各轴的行程开关、机械零点开关等信号;机床电器动作、限位、报警等信号;强电柜中接触器、气动开关接触等信号;各伺服模块工作状态信号等。这些信号通过光电隔离以后送到智能I/O接口上。光电隔离有效地将计算机数字量通道与外部过程模拟量通道隔离起来,大大减小了外部因素的干扰,提高了整机系统的可靠性和稳定性。PLC输出的信号主要有:指示灯信号;控制继电器、接触器、电磁阀等动作信号;伺服模块的驱动使能和速度使能信号等。这些信号经I/O接口送到相应的继电器上来控制相应的电器。

  2数控系统的软件设计该数控系统软件分为PMAC实时控制软件和系统管理软件两部分。实时控制软件的设计充分考虑了软件的开放性,用户可以根据某些具体要求增加软件的功能模块。实时控制软件主要包括插补模块、伺服驱动模块、PLC监控模块、加工程序解释模块、数据采集及数字化加工模块等。其功能模块图如所示。

  PMAC实时控制软件模块图插补模块包括直线插补、圆弧插补及样条插补等。PMAC还提供了PVT(位置一速度一时间)运动模式,该模式可以对轨迹图形进行直接而又紧凑的控制。用户可以对以上几种模式加以选择和组合。

  伺服驱动模块可以选择PID位置环伺服滤波器、陷波滤波器或扩展滤波器,并设置其控制参数。用户也可以定制自己的伺服算法,实现个性化的伺服控制。

  PLC监控模块主要包括看门狗PLC、上电PLC、主PLC、指示灯管理PLC及下电PLC.看门狗PLC在PMAC上电后立即被启动,它通过不断读DPRAM中某地址单元的计数值来判断主机是否进人CNC系统。当相邻两次读得的差值大于某个数时它便启动上电PLC,对整个数控系统上电;当它读得的差值小于某个数时它便启动下电PLC,关闭整个数控系统。主PLC用来完成对控制面板及机床输人、输出进行监控的任务,它主要包括手动、自动功能的实现、主轴运动的控制等操作。

  PLC程序编制首先需要将I/O口与DPRAM地址做镜像,通过操作DPRAM的某些单元进而操作I/O口。如:其次定义与主机DLL相关联的DPRAM地址,使IPC与PMAC共享这一存储空间以交换信息。如:DDFO //控制面板上旋扭开关的命令字VSFEEDOVERRIDEMM50这样便定义了DPRAM中未被使用的地址,从而实现了用户自定义的通信功能。如:系统的自动手动方式、主轴的正反转等命令、状态信息;进给倍率、主轴转速等数值信息。

  加工程序解释模块由G代码解释程序、M代码解序和T代码解释程序组成。这些解释程序在PEWIN执行程序下编辑和调试,并下载到PMAC的固定内存中,在实际加工时被PMAC自动调用。另外,伺服中断时间、电动机相位等参数由PEWIN执行程序来设置,从而实现了实时控制部件的参数化。

  数字化模块根据三维仿形仪的反馈信息,采用专门的控制算法,实现工件的跟踪扫描,并完成工件表面的数据采集。

  系统管理软件主要实现初始化、参数输人及加工程序编辑、系统管理和双CPU通信等功能。其功能模块图如所示。

  系统管理软件I初始化丨¥致输入及i工程序丨故障诊断丨丨系统kaifcpul系统管理软件模块图在系统管理软件中,双CPU通信程序的开发工作量大,也很具有技巧性。本数控系统的上位机和下位机通程序是利用Delta Tau公司提供的Pcomm32动态连接库和PTALKDT控件编制的。Pcmm32囊括了同PMAC通信的所有方式,而且将其主要函数进行分类、封装,最终形成ActiveX控件PTALKDT.所编制的通信程序实现了加工程序、PLC程序及运动程序的下载、上位机对PMAC的指令传输及PMAC对上位机的状态反馈等通信功能。

  系统配置、数控程序编辑、加工控制、故障诊断及参数输人等人机界面采用Vlsual Basic语言进行编制,利用了Windows丰富的GUI函数及32位的处理能力CK6130小型数控车床的研制张立新王卫兵吴杰(新疆石河子大学)控车床本体利用旧普通车床改造并加装收信4工位电动刀架,从而实现车床的多功能低成本自动化。

  目前,经济型数控机床仍然是我国市场需要量最大,销售量最高的数控机床。利用现有闲置的旧机床,通过数控化改造,使其成为1台新的高效、多能的经济型数控机床,则是一种盘活存量资金的有效方法,也是低成本实现自动化的道路之一。我们研制的CK6130小型数控车床正是这个思路的探索和实践。

  1工作原理CK6130小型数控车床由微机数控系统和机床本体两大部分组成。加工工件时,先编制工件的数控程序,然后将校核可行的数控程序键入到数控装置,再由数控装置根据程序指令计算出进给脉冲序列,接着多功能NC板进行脉冲分配,经功放或驱动电源进行功率放大后,形成驱动装置的控制信号,从而控制机床主轴的转速、启停,进给系统的运动方向、速度和位移大小,以及刀具的选择、冷却润滑的启停等动作,使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照数控程序规定的顺序、行程和参数进行工作,从而加工出形状、尺寸、精度来实现友好的人机界面。

  3结论该数控系统以通用工业控制机为基础,采用功能强大的运动控制器PMAC承担插补计算、位置控制、速度控制等实时任务,实现了两个级别的开放度,使得数控系统具有比专有系统更好的人机交互能力和上层应用系统集成能力,便于生产厂家和用户对系统功能进行定制与参数调节,使系统具有更好的适应性。该数控系统已应用于SKB2320A壁板铣床的开发上,并取得了良好的效果。

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