硬件設(shè)計(jì)應(yīng)用了PC硬件技術(shù)。整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)是Pentium III 400 工業(yè)控制機(jī)，采用工控機(jī)的CPU 作為系統(tǒng)的主處理器，完成系統(tǒng)的管理、人機(jī)交互動(dòng)態(tài)顯示、預(yù)處理、參考計(jì)算及圖像處理。采用標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)(ISA 總線)，有效的解決了因總線不同所帶來的硬件不能公用問題。 

具有強(qiáng)大的人機(jī)交互操作功能。機(jī)床操作人員可以通過軟盤在I/O 設(shè)備輸入加工所需信息，也可以通過系統(tǒng)所提供的編輯功能，輸入加工信息系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，顯示器上的圖像和數(shù)據(jù)反映各個(gè)位置傳感器反饋的加工信息�？梢酝ㄟ^鍵盤或操作面板進(jìn)行控制。橫移等位置檢測傳感器采用磁柵R，其精度為0.05mm。主軸位置檢測傳感器為旋轉(zhuǎn)編碼器，1048線。通過位置傳感器反饋達(dá)到半閉環(huán)控制，以保證機(jī)床的定位精度和運(yùn)動(dòng)精度。強(qiáng)大的開放式模塊化硬件結(jié)構(gòu)。CNC 系統(tǒng)包括以下模塊：運(yùn)動(dòng)控制模塊、PLC 模塊、基本輸入輸出模塊、通訊模塊。運(yùn)動(dòng)控制模塊是獨(dú)立完成運(yùn)動(dòng)功能的模塊，是硬件和軟件的集合體，控制目標(biāo)是速度位置及轉(zhuǎn)矩。PMAC 是功能強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制器，在系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，是極其重要的一個(gè)模塊。 

PMAC自帶高速CPU，是一個(gè)具有獨(dú)立內(nèi)存、獨(dú)立運(yùn)算操作能力的計(jì)算機(jī)，可接受PC主機(jī)的命令進(jìn)行工作，也可脫機(jī)運(yùn)行獨(dú)立工作。系統(tǒng)開發(fā)了PMAC運(yùn)動(dòng)控制器的如下功能：1，用增量式A/B正交編碼器實(shí)現(xiàn)位置和速度反饋，也可以連接一些適當(dāng)?shù)母郊��?shí)現(xiàn)反饋。2，運(yùn)用PMAC運(yùn)動(dòng)控制器的DSP板具有的強(qiáng)大的計(jì)算功能，對變量、常量進(jìn)行算術(shù)、邏輯以及超越運(yùn)算操作，進(jìn)而避免了主機(jī)在進(jìn)行這些操作時(shí)所造成的計(jì)算延遲和通訊延遲。3，利用PMAC的多軸運(yùn)動(dòng)程序管理功能。PMAC運(yùn)動(dòng)控制器的內(nèi)存可以存儲(chǔ)多達(dá)256 個(gè)運(yùn)動(dòng)程序。在PMAC運(yùn)動(dòng)控制上執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)控制語言具有BASIC或C等高級(jí)計(jì)算機(jī)語言的特點(diǎn)，同時(shí)它與G代碼機(jī)床兼容，并且可直接接受G代碼命令。計(jì)算結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)語言相似，并且運(yùn)動(dòng)規(guī)范與機(jī)床工業(yè)中所使用的相似。4，后臺(tái)PLC功能。當(dāng)運(yùn)動(dòng)程序在前臺(tái)有序地運(yùn)行時(shí)，PMAC 運(yùn)動(dòng)控制器可以在后臺(tái)運(yùn)行多達(dá)32不同PLC功能。同時(shí)PMAC提供了非專用的數(shù)字輸入和輸出口。利用這些I/O口，程序可以完成PLC功能PLC程序與運(yùn)動(dòng)程序共享同一種邏輯結(jié)構(gòu)，但不能控制運(yùn)動(dòng)軸。 

PMAC接口的設(shè)計(jì)。卷板機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行元件并不是伺服電機(jī)，其位置控制是通過磁柵和旋轉(zhuǎn)編碼器來實(shí)現(xiàn)位置反饋，使用MACHI口連接了4組傳感器，用來檢測位置實(shí)現(xiàn)位置控制卷板機(jī)控制系統(tǒng)中所有狀態(tài)檢測和所有元器件控制都是由PMAC的輸入、輸出控制板控制的其原理如圖2所示。

采用雙端口RAM(DPRAM)作為主機(jī)和PMAC之間通訊的橋梁。DPRAM是PMAC的備選件，為主機(jī)和PMAC之間的可以共享的高速內(nèi)存區(qū)。利用DPRAM，PMAC 和主機(jī)之間可以實(shí)現(xiàn)高速重復(fù)不需“握手”的數(shù)據(jù)通訊，實(shí)時(shí)方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。例如，主機(jī)可以將位置、速度信息實(shí)時(shí)地AM發(fā)送到PMAC，由PMAC 進(jìn)行位置控制；同時(shí)，主機(jī)還可以讀取PMAC 存放在DPRAM中的機(jī)床狀態(tài)信息。 

此數(shù)控系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)總線和PMAC 進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)主機(jī)的實(shí)時(shí)中斷，進(jìn)而有效地提高了通訊效率和通訊速度。當(dāng)PMAC產(chǎn)生的終端信號(hào)出現(xiàn)在主機(jī)的總線上時(shí)，主機(jī)開始計(jì)算新的控制數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)寫入到DPRAM中，PMAC 則從DPRAM中讀出數(shù)據(jù)對電機(jī)進(jìn)行控制；同時(shí)主機(jī)從DPRAM 中讀出反饋數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理，完成實(shí)時(shí)顯示機(jī)床位置機(jī)床狀態(tài)監(jiān)控等功能。 

2 數(shù)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 

為了保持所開發(fā)系統(tǒng)的技術(shù)先進(jìn)性，同時(shí)使系統(tǒng)有一定的功能可擴(kuò)展性，項(xiàng)目選擇了開放式數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想與方法。其系統(tǒng)的總體方案如圖3所示。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)采用了面向?qū)ο蟮姆椒ㄒ驗(yàn)檫@種方法模擬了人類認(rèn)知客觀世界的過程；具有封裝性，集成性，以及消息驅(qū)動(dòng)等一系列特性，使得改造的系統(tǒng)模塊清晰、組裝維護(hù)方便，可擴(kuò)充性可重組性強(qiáng)；面向?qū)ο竽Ｐ蛯⒏拍钅Ｐ�、邏輯模型和物理模型統(tǒng)一到一起，極大的降低了系統(tǒng)的理解難度。 

采用PMAC可編程多軸控制器，因?yàn)樗�的開發(fā)界面非常友好。它提供的PWIN 編程工具完全在Windows 環(huán)境，運(yùn)行編輯修改非常容易。 

遵照面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設(shè)計(jì)與分析的主導(dǎo)思想，系統(tǒng)設(shè)計(jì)成若干個(gè)對象模塊的有機(jī)組合。宏觀上看系統(tǒng)分為系統(tǒng)層、應(yīng)用層和物理層三個(gè)層面，如圖4所示。主要解決IPC 與PMAC，F(xiàn)lyVideo繼承的一系列技術(shù)問題，因?yàn)镻MAC 有自己的CPU 和RAM 還有EPROM; FlyVido 也有自己的RAM和相應(yīng)的運(yùn)算器，而PMAC和FlyVideo都是以總線方式與IPC相連，IPC要將這些資源和自身資源集成到一起形成完整的控制系統(tǒng)，必須有有效的集成手段。應(yīng)用層是系統(tǒng)的主體部分，由若干個(gè)功能模塊組成。在系統(tǒng)層的支持下，各功能模塊獨(dú)立完成一部分任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的所有控制目標(biāo)。物理層是與物理空間相對應(yīng)的機(jī)制，由若干和存儲(chǔ)文件結(jié)構(gòu)對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成，用來滿足人機(jī)交互和訪問數(shù)據(jù)庫的需求。

軟件設(shè)計(jì)過程中還必須實(shí)現(xiàn)下面這些技術(shù)要求： 

(1) 上位機(jī)與下位機(jī)的實(shí)時(shí)通訊：上位機(jī)與下位機(jī)的實(shí)時(shí)通訊是利用DELTA TAU DATASYSTEM 公司提供的與PMAC相配套的PtalkDT類實(shí)現(xiàn)的。PtalkDT類通過添加ActiveX 的方式加以實(shí)例化，并由其中的GetResponse()方法完成雙向通訊。上位機(jī)與下位機(jī)通訊的速度取決于主計(jì)算機(jī)的主頻、PMAC CPU 的速度，以及系統(tǒng)程序和下位機(jī)控制程序的大小。 

(2) 視頻顯示：視頻信號(hào)的處理及圖像顯示控制是通過對視頻卡的二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)的。FlyVideo視頻卡提供了OCX標(biāo)準(zhǔn)控件Capwnd與應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行集成。該控件的16 個(gè)主要方法和7 個(gè)屬性由MFC42.DLL 和MSVCRT.DLL兩個(gè)動(dòng)態(tài)連接庫支持，借助這兩個(gè)動(dòng)態(tài)連接庫支持，系統(tǒng)開發(fā)了Overlay 和Peview 兩種圖像顯示模式，以方便現(xiàn)場的不同要求。 

(3) 穩(wěn)壓電源：大型卷板設(shè)備工作環(huán)境惡劣，尤其是電網(wǎng)電壓極不穩(wěn)定，很容易沖擊數(shù)控系統(tǒng)，造成死機(jī)。其結(jié)果輕則產(chǎn)品作廢，重則損壞設(shè)備，損失難以估量。為了防止數(shù)控系統(tǒng)因電源干擾而產(chǎn)生控制失誤，系統(tǒng)專門配置了響應(yīng)速度小于0.1ms 的在線不間斷穩(wěn)壓電源。除此之外，系統(tǒng)還在軟件設(shè)計(jì)上進(jìn)行了必要的處理，為每個(gè)動(dòng)作編制了濾波程序。 

(4) 控制時(shí)鐘：系統(tǒng)控制時(shí)鐘主要是從保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的角度，周期掃描下位機(jī)I/O 口、視頻信號(hào)狀態(tài)，以及中斷請求信息，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的實(shí)時(shí)通訊；獲取運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)當(dāng)前值；動(dòng)態(tài)管理數(shù)據(jù)庫；在線決策程序進(jìn)程等。此模塊由標(biāo)準(zhǔn)控件Timer 實(shí)現(xiàn)。為了提高可靠性，系統(tǒng)采用單時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘，掃描周期80ms。 

3 結(jié)論 

經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐的檢驗(yàn)，17000kNx3000mm上輥萬能式卷板機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計(jì)完全符合生產(chǎn)。在生產(chǎn)過程中，系統(tǒng)控制軟件配合硬件順利地進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、信息輸出以及對執(zhí)行部件的控制，使數(shù)控卷板機(jī)按照設(shè)計(jì)要求，安全可靠地運(yùn)行自動(dòng)卷制工藝過程。

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