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)可編程運動控制器是美國Delat Tau公司推出的開放式多軸運動控制器,該控制器自帶高速CPU,并提供快捷的可視化開發(fā)平臺,是眾多運動控制器中性能比較優(yōu)越的控制器之一。PMAC運動控制器功能強大,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)計的。它使用Motorola的DSP560001數(shù)字信號處理器作為它的核心,提供運動控制、離散控制、內(nèi)務(wù)處理、同主機的交互等強大功能。它可同時控制1～8個軸,既可單獨執(zhí)行存儲于其內(nèi)部的運動程序,也可執(zhí)行運動程序和PLC程序,并可進行伺服環(huán)更新及以串行方式、并行方式、雙端口RAM方式和上位PC機通信?；赑MAC優(yōu)良的處理功能和開放性,尤其是其強大的運動控制能力,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

　　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。使用的PMAC運動控制器可同時控制5根軸,各軸既可以單獨運動又可聯(lián)動,給開發(fā)人員提供了很大的靈活性。主要的運動軸有3根:拖板往復(fù)移動軸( Z軸) 、磨架橫進給軸(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、頭架電機、各液壓電機的起停等。

圖1　系統(tǒng)硬件連接圖

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

3　軟件設(shè)計

　　該系統(tǒng)是以PMAC作為CNC模塊,工控機系統(tǒng)為系統(tǒng)支持單元的雙CPU數(shù)控系統(tǒng)?？蛇M行人機接口和非實時控制部件的定制和參數(shù)化、實時控制部件的參數(shù)化。工控機作為上位機, 負(fù)責(zé)各種資源管理, 對下位機程序調(diào)度與控制、與下位機實時通信, 以及人機交互功能的實現(xiàn); PMAC作為下位機, 完成對軋輥磨床的運動控制和各種輔助操作的控制。這種設(shè)計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)、維護與升級。PC主機的應(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、人機界面; (2) 完成大量的控制模型計算; ( 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現(xiàn); 插補模塊包括直線插補、圓弧插補及樣條插補等; 加工過程的實時檢測就需要PLC模塊來實現(xiàn); 伺服控制模塊主要根據(jù)PMAC實時得到的加工狀態(tài)信息,由PC主機完成相關(guān)計算, 得到控制量后再下載到PMAC, 最后由其控制伺服電機的動作。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)以通用工控機為基礎(chǔ),采用功能強大的運動控制器PMAC完成對軋輥磨床的運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)功能進行定制和參數(shù)調(diào)節(jié),使系統(tǒng)具有更好的維護性。該系統(tǒng)用在天水星火機床有限責(zé)任公司制造的MK8480軋輥磨床上,取得了良好的效果。