基于PMAC的軋輥磨床數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)

1 PMAC簡介

　　PMAC (programable multiaxes controller)可編程運(yùn)動控制器是美國Delat Tau公司推出的開放式多軸運(yùn)動控制器,該控制器自帶高速CPU,并提供快捷的可視化開發(fā)平臺,是眾多運(yùn)動控制器中性能比較優(yōu)越的控制器之一。PMAC運(yùn)動控制器功能強(qiáng)大,它集成了位控板、PLC、I/O 等多個功能模塊,CNC系統(tǒng)低層的實(shí)時任務(wù)大多由PMAC來完成,CNC系統(tǒng)的接口也都是圍繞PMAC來設(shè)計(jì)的。它使用Motorola的DSP560001數(shù)字信號處理器作為它的核心,提供運(yùn)動控制、離散控制、內(nèi)務(wù)處理、同主機(jī)的交互等強(qiáng)大功能。它可同時控制1～8個軸,既可單獨(dú)執(zhí)行存儲于其內(nèi)部的運(yùn)動程序,也可執(zhí)行運(yùn)動程序和PLC程序,并可進(jìn)行伺服環(huán)更新及以串行方式、并行方式、雙端口RAM方式和上位PC機(jī)通信?；赑MAC優(yōu)良的處理功能和開放性,尤其是其強(qiáng)大的運(yùn)動控制能力,為此,選擇了PMAC作為軋輥磨床數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。使用的PMAC運(yùn)動控制器可同時控制5根軸,各軸既可以單獨(dú)運(yùn)動又可聯(lián)動,給開發(fā)人員提供了很大的靈活性。主要的運(yùn)動軸有3根:拖板往復(fù)移動軸( Z軸) 、磨架橫進(jìn)給軸(X軸) 、中凸(凹)正弦曲線磨削軸(U 軸) 。另外兩根是CNC測量軸( X1、X2 軸) 。在圖1 中,ACC - 8P是外接接口卡, PMAC通過它帶動伺服單元, 同時編碼器的反饋信號也是通過它反饋到PMAC中。每個ACC - 8P可提供4個伺服驅(qū)動器接口, 3個ACC - 8P的12個接口除了接5個伺服電機(jī)外,還用于接編碼器、光柵尺、手動脈沖發(fā)生器等。PMAC通過外接擴(kuò)展I/O接口卡ACC - 3E控制各個I/O口,包括控制面板上各個按鈕、信號燈的控制及砂輪電機(jī)、頭架電機(jī)、各液壓電機(jī)的起停等。

圖1　系統(tǒng)硬件連接圖

　　整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)除了總體設(shè)計(jì)外,還包括面板設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的強(qiáng)電和弱電控制設(shè)計(jì)、電控柜及支撐件設(shè)計(jì)等方面的內(nèi)容。

3　軟件設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)是以PMAC作為CNC模塊,工控機(jī)系統(tǒng)為系統(tǒng)支持單元的雙CPU數(shù)控系統(tǒng)。可進(jìn)行人機(jī)接口和非實(shí)時控制部件的定制和參數(shù)化、實(shí)時控制部件的參數(shù)化。工控機(jī)作為上位機(jī), 負(fù)責(zé)各種資源管理, 對下位機(jī)程序調(diào)度與控制、與下位機(jī)實(shí)時通信, 以及人機(jī)交互功能的實(shí)現(xiàn); PMAC作為下位機(jī), 完成對軋輥磨床的運(yùn)動控制和各種輔助操作的控制。這種設(shè)計(jì)充分考慮了控制系統(tǒng)的可靠性、高效性, 便于軟件系統(tǒng)的開發(fā)、維護(hù)與升級。PC主機(jī)的應(yīng)用程序部分以W indows98為開發(fā)平臺, 借助于MicrosoftVisual C+ + 6. 0軟件編制完成的。其主要功能有: (1) 提供良好的應(yīng)用程序接口、人機(jī)界面; (2) 完成大量的控制模型計(jì)算; ( 3) 接收來自PMAC的信息并作相應(yīng)的處理; (4) 向PMAC發(fā)送信息和任務(wù)。

　　從模塊化的角度看,控制系統(tǒng)軟件主要由: 加工程序解釋模塊、插補(bǔ)模塊、PLC監(jiān)控模塊、伺服控制模塊、數(shù)字化模塊等組成。其中, 加工程序解釋模塊由PMAC提供的功能模塊來實(shí)現(xiàn); 插補(bǔ)模塊包括直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)及樣條插補(bǔ)等; 加工過程的實(shí)時檢測就需要PLC模塊來實(shí)現(xiàn); 伺服控制模塊主要根據(jù)PMAC實(shí)時得到的加工狀態(tài)信息,由PC主機(jī)完成相關(guān)計(jì)算, 得到控制量后再下載到PMAC, 最后由其控制伺服電機(jī)的動作。數(shù)字化模塊根據(jù)精密測頭及光柵尺的反饋信息運(yùn)用專門的控制算法, 完成軋輥輥面形狀和輥徑的數(shù)據(jù)采集。其功能模塊如圖2所示。

圖2　PMAC實(shí)時控制軟件模塊圖

4　結(jié)　論

　　該數(shù)控系統(tǒng)以通用工控機(jī)為基礎(chǔ),采用功能強(qiáng)大的運(yùn)動控制器PMAC完成對軋輥磨床的運(yùn)動控制和各種輔助操作的控制,使得數(shù)控系統(tǒng)具有比專用數(shù)控系統(tǒng)更好的人機(jī)交互能力和上層應(yīng)用系統(tǒng)集成能力,便于生產(chǎn)廠家和用戶對系統(tǒng)功能進(jìn)行定制和參數(shù)調(diào)節(jié),使系統(tǒng)具有更好的維護(hù)性。該系統(tǒng)用在天水星火機(jī)床有限責(zé)任公司制造的MK8480軋輥磨床上,取得了良好的效果。