摘 要: 在现代装备制造业繁荣发展的过程中，装备的功能和性能都取决于数控加工这一关键技术． 在开放式数控系统上，以 PMAC 为基础，进行数控系统的开发，分别对数控系统内的硬件模块和软件结构的优化与开发进行了探讨，构建了比较完善的开放式数控系统．
 
        关键词: PMAC; 数控系统; 研究; 开发
 
        在当前的市场上，数控系统中的硬件模块和软件结构基本都是专用的，兼容性非常差，在科学技术不断进步的过程中，缺点逐渐暴露出来． 基于此，以 PMAC 为基础，对数控系统内的硬件模块和软件结构进行优化与开发，进而构建出比较完善的开放式数控系统．
 
        1 、基于 PMAC 的数控系统总体概述
 
       在进行开放式数控系统构建时，系统的实现途径是首先需要考虑的问题，对于开放式数控系统的实现，要充分的考虑该系统的发展特点、开发的成本、开发的难度等因素，最终选择出恰当的实现方式，基于这些方面的因素，本文中采用的形式为 IPC + 可编程运动控制器． 所谓 IPC + 可编程运动控制器形式，是指在 IPC 的基础上，将可编程运动控制器嵌入进去［1］． 实际上，此种系统的运行平台为 IPC，而核心性的部件为可编程运动控制器，这种形式的开放式数控系统所具备的扩展性是非常好的，当用户需要进行
再次开发时，该形式完全支持． 此系统的开放性有两级，一个是上级，另一个是下级． 除了具备成本低的优点之外，对于用户自定义的软件，在系统中能够比较好的运行，与传统的 CNC 相比，该系统界面所具备的友好性更优．
 
       2 、硬件模块开发
 
       2． 1 总体结构
 
       基于 PMAC 的数控系统在进行开发时，PMAC 型号的选择是非常重要的一个环节． 在本文研究开发的系统中，选择的运动控制卡为 PMACC2A － PC104 型，这个型号的运动控制卡属于板卡级产品，比较适合应用于嵌入式系统中． 控制卡具备十分紧凑的结构，在使用的过程中成本比较少，具备比较高的经济性［2］．
 
      根据上面的阐述可知，本文中开发的基于 PMAC 的数控系统实现形式为 IPC + 可编程运动控制器，此可编程运动控制器选择的就是 PMAC 运动控制卡． 由此，开放式数控系统的实现形式为 IPC + PMAC，在开发的数控系统中，选择的 IPC 为上位机，主要的职责就是完成非实时性的任务，比如系统管理等，对于系统内的资源，合理的进行分配，在传递信息时，速度非常快． 运动控制卡的主要任务是进行控制，控制的对象为运动轴，具备极强的实时性，同时，还担负采集的职责，各轴的测量信息都在采集的范围之内． I/O 卡的主要功能是输入和输出，当各种开关量信号需要进行输入或输出时，I/O 卡就开始工作，其所完成的也是实时性的任务．
  
   

  
      图 1 IPC + PMAC 总体结构图

  
      2． 2 工控机
 
      工控机是指工业控制计算机，在工业环境中，其运行具备较高的可靠性，与传感器等装备能够实现直接连接，从而有效地完成测控任务． 无论是生产现场还是机械设备的组成部分，工控机都可以实现有效的应用，在生产现场，对整个生产过程进行实时的监控，并完成数据采集、处理和控制任务，而当工控机作为机械设备的组成部分时，主要的就是完成控制任务［3］． 工控机的性能非常的稳定，在运算时，具备很快的速度． 除此之外，工控机还具备两大优点，一个是可靠性高，另一个是具备较高的环境适应能力． 基于 PMAC 的数控系统在开发的过程中，模拟的是工业环境，因此系统中选择的工控机型号为 PLK－ 450，此种型号的工控机在嵌入 PMAC 卡时，便捷性非常好． 另外，工控机所配备的接口为 USB 型，即使 PMAC 卡与工控机之间的安装形式分装，通信也能够有效的保证．
 
       2． 3 主基板
 
       在开放式数控系统中，需要对 5 个轴进行控制，而 PMACC2A － PC104 在进行控制时，可以同时对 4个轴进行控制，这就需要对运动控制卡进行扩展． 在数控系统中，主卡为此型号的运动控制卡，随后添加一个副卡，副卡选择的是 ACC － 1P 轴扩展板，此扩展板同样具备 4 个通道． 由此一来，数控系统中所具备的轴数就增加为 8 个．

      2． 4  I/O 板
 
      对于运动控制系统来说，除了要执行运动程序之外，还需要执行逻辑控制程序． 通常来说，原点、限位、主轴功能等都是数控系统中需要处理的逻辑变量，在对这些逻辑变量进行处理时，多是由可编程逻辑控制器来进行． 在开发的开放式数控系统中，原点和限位的处理可以由主卡来进行，而其他的逻辑处理则需要利用 I/O 板来实现，并且要对其进行扩展，扩展的实现也是由扩展板来实现，型号为 ACC －2P．

  
      3 、软件结构开发
   
      3． 1 软件开发核心技术
 
      在开放式数控系统中，软件是十分重要的组成部分，对数控系统的功能有着重要的影响． 在进行控制系统软件开发时，要注意以下四个方面的技术问题: 第一，合理的选择软件开发平台． 软件开发需要通过相应的开发平台来实现，在进行控制系统的软件开发平台搭建时，平台除了要具备软件开发的功能之外，还需要蕴含十分丰富的开发资源，以便于二次开发或后续使用的实现． 在进行基于 PMAC 的开放式数控系统软件开发时，以 Windows 2000 为操作平台来实现软件开发，同时，开发资源来源于 PMAC 的动态链接库［5］; 第二，插补算法的确定． 当前，在控制机床轨迹时，采用的插补策略为粗插补和精插补结合的方式，然而在进行插补的过程中，受到采样频率的制约，在一些中低速场合中，此种方法具备很好的插补效果，但是如果是高速高精度场合，此种插补策略无法满足要求． 基于此，在进行软件开发时，选择的插补算法为高速高精度，这在 PMAC 具备的功能中可以很好的实现; 第三，注重软件伺服控制的性能．数控系统的主要目的是对数控技术进行控制，在实现控制目标的过程中，最终的部分就是伺服控制，通过伺服控制的功能，使得数控加工过程中，精度和速度都能够满足加工的要求． 因此，在进行软件开发时，就必须要十分注重软件伺服控制的性能，在 PMAC 运动控制卡中，所提供的算法为数字 PID 伺服控制，由此一来，伺服控制所具备的性能就非常的优良; 第四，保证软件开发的可靠性及效率． 数控系统中的软件所承担的任务是比较多的，在软件设计的过程中，必须要保证软件具备完成这些任务的功能，由此导致软件设计与开发的复杂性比较高，为了保证软件开发具备较高的可靠性，同时在保证性能的基础上尽量地缩短开发周期，就需要采用恰当的开发语言． 在 PMAC 的动态链接库中，能够实现高级语言开发的支持． 因此，在进行软件设计时，采用的设计方法为模块化程序设计，进而不但满足了可靠性及高效率的要求，而且在软件使用的过程中，维护非常的简单［6］．
 
      3． 2 数控系统软件开发
   
      具体说来，开放式数控系统在进行软件开发时，主要包含两个部分，一部分是 PMAC 实时控制软件，另一个部分是系统管理软件． 对于 PMAC 实时控制软件，在进行设计时，开放性是必须要充分考虑的因素，不同的用户具备不同的功能需求，开发出来的 PMAC 实时控制软件要支持用户增加软件功能模块; 而对于系统管理软件来说，所承担的功能并不具备实时性，比如系统初始化、故障诊断、系统进程管理等． 软件开发的进行需要以系统设计要求为依据． 首先，分析系统的需求功能; 其次，根据系统功能，对软件所承担的功能进行有效地划分; 最后，以 Windows 2000 操作平台以及开发资源为基础，完成软件开发［7］．
 
      开放式数控系统的控制软件具备开放性的特征，主要包含五个层次，这五个层次的不同功能形成了控制软件的体系结构，见图 2． 开放式数控系统软件开发最关键的一个环节是在操作系统的选择上，因为它是一个实时的多任务控制系统，也只有这样，才能确保数控系统控制的实时性．
 
     控制软件的开发在 Windows 2000 平台上进行，采用的开发语言为 VB 语言，在数控系统中，大部分的任务都是实时性任务． 因此，PMAC 与 IPC 之间通信的建立、故障诊断、参数输入等都是软件开发过程中的重点． 在 PMAC 运动控制器中，包含软件包 Pcomm32，此软件包具备较强的开放性，同时，其中还包含 ActiveX 通信空间，当 IPC 与 PMAC 通信时，只需通过这两项功能就可以有效地实现通信． 由此一来，通信设计中比较繁琐的驱动程序设计就可以直接省略，提升了软件开发的效率． 除了开放性之外，利用VB 语言开发出来的软件具备的可移植性也非常好． 通过 Windows 2000 与 VB 语言的有效结合，再加上编程时采用面向对象法，保证了软件开发的可靠性． 同时，PMAC 的动态链接库中具备丰富的开发资源，促使软件开发的顺利实现，也保证了软件基本功能的实现．
 

     图 2 控制软件的体系结构

    
     4 、结论
 
     数控技术的开发与应用促进了现代装备制造业的繁荣发展，在应用数控技术的过程中，需要通过数控系统来对其进行控制，以便于保证数控加工的速度及精度． 原有的数控系统所具备的开放性不足，为了改善这个问题，在 PMAC 的基础上，开发了开放式的数控系统． 在明确系统的总体框架之后，通过相应的硬件模块开发与软件结构开发，不仅保证了数控系统的开放性，同时提升了数控系统的性能，有效地实现了控制，最终推进了现代装备制造业长久的发展．