0 概述
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术, 是制造业实现自动化的基础。 新一代数控系统正朝着以个人计算机为基础, 向着开放化、智能化、网络化方向发展。 基于 PC的开放式数控系统可以充分利用计算机的软硬件资源和适于 PC机的各种*技术, 已成为数控技术的发展趋势。 开放式数控系统有以下三种类型:
a) PC机嵌入 NC型:在传统的专用 NC中简单地嵌入 PC技术, NC可以共享一些计算机的软硬件资源, 而计算机只参加辅助编程、分析、监控、生产管理和工艺编制等工作;
b) NC嵌入 PC型:这是采用 PC机为硬件平台的数控系统, 运动控制 (包括轴控制和机床逻辑控制 )功能由配有专用控制芯片的独立的运动控制器完成, 通常以PC插件 (符合 ISA或 PCI总线标准 )形式的硬件或通过网络连接的嵌入式系统实现;
c) 全软件型:这是采用 PC机软件控制的一种数控系统, 它把运动控制器以应用软件的形式实现。
目前的 Windows桌面操作系统是多线程、抢线多任务的 32位操作系统, 实时性比较差。 而实时控制又是数控系统的关键所在, 它决定了数控机床的加工速度和加工精度。 因此有些数控系统采用原始的 DOS操作系统作为软件平台, 可以满足一般的实时性要求。 但是, 运行在实模式下的 16位单任务的 DOS操作系统没有发挥出32位 PC机的优势, 而且应用程序受 640k内存限制, 可直接对硬件操作, 系统可靠性难以保证。 本文介绍一种基于WindowsCE操作系统平台的数控雕铣机控制系统, 利用WindowsCE强大的图形界面功能、多线程机制和多媒体定时器来解决数控软件的实时多任务处理能力, 其良好的软硬件兼容能力, 能够实现建立在标准总线基础上的模块化开放式数控系统。 本系统采用 NC嵌入 PC型结构由PC+PMAC构成开放式半闭环数控系统。 运动控制器应用 DSP的高速计算能力, 实现系统的高性能、高速度和高精度。 系统以的响应和处理速度完成对电机的精确控制, 实现空间直线插补和圆弧插补。 系统以简洁实用的操作完成对复杂图形的精确雕刻。

1 数控系统硬件设计
本系统硬件结构如图 1所示。 伺服驱动系统采用全数字交流伺服电机驱动丝杠螺母机构运动, 三轴联动。 主轴电机和伺服驱动电机采用 PWM变频调速技术, 使交流电机的调速性能有很大的改善。 以奔腾处理器为管理平台;工作运动以 DSP为控制核心。 工控机采用 PCl04/PⅢ 800型嵌入式控机, 主板上配有 104总线接口。 运动控制卡采用美国 DeltaTau公司的 PMAC2/PC104型控制卡, 可以直接和 104 总线接口的工控机相连。 PMAC是基于DSP和专用门阵列芯片, 遵循了开放式体系结构标准开发的可编程多轴运动控制器, 主要提供了机床性能机器人特性、计时检测及通用自动化的性能, 可实现运动控制、逻辑控制、资源管理及主机的交互工作。 PMAC的核心是 MO-
TOROLA的 DSP56001/56002 数字信号处理器, 可同时控制 1 ～ 8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。 由于 PMAC卡具有强大的数字运算能力来完成数控插补、PLC程序运 行等实时任务, 简化了实现数控系统实时性任务的开发工作, 只需根据要求开发上位机界面、NC程序编辑、机床状态量读取等非实时任务。 工控机和 PMAC之间通过 104 总线通信, 只需通过调用动态链接库 PComm32就可实现两者间的实时通信。