【正文】 ，以及上位機(jī)對(duì)PMAC在線指令的傳輸及PMAC對(duì)上位機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)反饋等通信功能。5）故障診斷與狀態(tài)顯示模塊可以顯示當(dāng)前機(jī)床參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)，并能進(jìn)行故障診斷。主窗口應(yīng)該包含系統(tǒng)控制所需的所有控制按鈕和設(shè)定選擇欄，以觸發(fā)系統(tǒng)各子功能的功能菜單按鈕等各種控件。2）人機(jī)界面模塊是操作者與數(shù)控系統(tǒng)的“接口” 。系統(tǒng)管理軟件一般采用Windows平臺(tái)的VC 、VB或Delphi等開發(fā)工具開發(fā)完成，主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始化、參數(shù)設(shè)置、文件管理、故障診斷與狀態(tài)顯示、加工運(yùn)行、人機(jī)界面及雙CPU通信等功能。5）PMAC在使用數(shù)據(jù)采集及輸出模塊時(shí)，所采集的數(shù)據(jù)直接送到DPRAM中，而不是按常規(guī)送到RAM中。當(dāng)相鄰兩次讀得的差值大于某個(gè)數(shù)時(shí)，它便啟動(dòng)上電PLC，對(duì)整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)上電；當(dāng)相鄰兩次讀得的差值小于某個(gè)數(shù)時(shí)，它便啟動(dòng)下電PLC,關(guān)閉整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)。3）PLC監(jiān)控運(yùn)行模塊主要包括看門狗PLC、上電PLC、主PLC、指示燈管理PLC及下電PLC。圖255 PMAC實(shí)時(shí)控制軟件功能模塊1）插補(bǔ)算法模塊包括直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)及樣條插補(bǔ)等。系統(tǒng)管理軟件主要由用戶自己開發(fā)，來實(shí)現(xiàn)所有的非實(shí)時(shí)控制部分的功能。這些信號(hào)通過PMAC智能I/O口送到相應(yīng)的控制器上來控制相應(yīng)電器工作。（3） PMAC內(nèi)置PLC功能 PLC信號(hào)的輸入/輸出由I/O接口板來實(shí)現(xiàn)。數(shù)控系統(tǒng)除PMAC運(yùn)動(dòng)控制器外，大部分硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖254所示。通過多卡連接方式還可控制多大128個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)。已在機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、造紙和木材加工機(jī)械、各種裝配線、食品加工機(jī)械、印刷包裝等機(jī)電一體化設(shè)備上得到廣泛應(yīng)用。目前運(yùn)動(dòng)控制器種類很多，但應(yīng)用最廣的運(yùn)動(dòng)控制器當(dāng)屬PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡。這種結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)是CNC系統(tǒng)的全部或大部分功能均由PC承擔(dān)，并通過裝在PC擴(kuò)展槽中的驅(qū)動(dòng)接口卡對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制。 運(yùn)動(dòng)控制卡通常選用高速DSP作為CPU，具有很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制和PLC控制功能，它本身就是一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)，可以單獨(dú)使用，它的開放的函數(shù)庫供用戶在Windows平臺(tái)下自行開發(fā)構(gòu)造所需的數(shù)控系統(tǒng)。NC嵌入PC型結(jié)構(gòu)（基于運(yùn)動(dòng)控制器的開放式數(shù)控系統(tǒng)） 這種結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)是在通用PC擴(kuò)展槽中插入運(yùn)動(dòng)控制板或整個(gè)CNC單元（包括嵌入式PLC）。這類數(shù)控系統(tǒng)或者提供PC前端接口，或者將PC母板直接嵌入CNC中。專用數(shù)控系統(tǒng)加PC前端的復(fù)合型結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)將PC作為NC的部件嵌入在數(shù)控系統(tǒng)中，用內(nèi)部總線相連接，PC和NC連接在一起構(gòu)成前后臺(tái)結(jié)構(gòu)，可形成多處理器數(shù)控系統(tǒng)。延長數(shù)控系統(tǒng)生命周期的最好辦法就是加大對(duì)用戶的開放程度，使數(shù)控系統(tǒng)集成商和用戶自己能夠?qū)?shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行升級(jí)。而普通PC的硬件系統(tǒng)配置和DOS或Windows操作系統(tǒng)都不能滿足數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求，在基于DOS或Windows操作系統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)中，必須擴(kuò)充操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理能力，如增加線程或?qū)崟r(shí)多任務(wù)調(diào)度，還需對(duì)硬件進(jìn)行相應(yīng)的改造。基于PC構(gòu)建開放式數(shù)控系統(tǒng)的方法 通用PC的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，軟硬件資源豐富，適應(yīng)性強(qiáng)，是構(gòu)建開放式數(shù)控系統(tǒng)的理想平臺(tái)。不久，Software Development System的James S. Challenger又提出“Windows和嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)的融合”，主張利用現(xiàn)有PC的軟硬件規(guī)范設(shè)計(jì)新一代數(shù)控系統(tǒng)。 在全新設(shè)計(jì)開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)展緩慢時(shí)，通用PC的技術(shù)性能則迅速提升，應(yīng)軟件資源日益豐富，工業(yè)PC的可靠性也在不斷增強(qiáng)，而價(jià)格在持續(xù)下降。NGC計(jì)劃試圖對(duì)工業(yè)應(yīng)用提供功能和服務(wù)性的定義，最終以開發(fā)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和：“設(shè)計(jì)人員指南”一起，提供開發(fā)符合NGC規(guī)范產(chǎn)品所需要的信息，并引發(fā)出NGC的標(biāo)準(zhǔn)化成果。（二）、基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)基于PC的開發(fā)式數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生的背景 數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可采用全新設(shè)計(jì)與擴(kuò)展設(shè)計(jì)兩種途徑。 （5）編程語言標(biāo)準(zhǔn)化 開放式數(shù)控系統(tǒng)采用統(tǒng)一性、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)控加工編程語言，可以根本上解決封閉式數(shù)控系統(tǒng)編程指令不統(tǒng)一的問題，可大大減少編程勞動(dòng)。這意味著系統(tǒng)地開發(fā)費(fèi)用將大大降低，系統(tǒng)性能可以持續(xù)改善，可靠性可不斷提高，產(chǎn)品生命周期將大大延長。著名的有美國1994年提出的下一代控制器（Next Generation Controller, NGC）計(jì)劃，歐洲和日本在20世紀(jì)90年代初提出自動(dòng)控制系統(tǒng)的開放式結(jié)構(gòu)(Open System Architecture for Control within Automation Systems, OSACA)計(jì)劃和控制器開放系統(tǒng)環(huán)境(Open System Environment for Controller , OSEC) 計(jì)劃等。具有這些特性的制造設(shè)備將分為“分散網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)模型”中的節(jié)點(diǎn)或模塊。但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，通用計(jì)算機(jī)硬軟件的優(yōu)勢(shì)愈加明顯，與分布式系統(tǒng)的上述弊端和各大數(shù)控制造商的壟斷行為形成鮮明的對(duì)照。傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)采用封閉式的體系結(jié)構(gòu)，即便是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC），其CNC裝置也是采用專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)。第六節(jié) 基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)為了適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)步和發(fā)展的要求，克服封閉式數(shù)控系統(tǒng)所暴露出來的弊端，人們提出了數(shù)控系統(tǒng)開放化的要求。將該曲線以單位補(bǔ)償脈沖當(dāng)量進(jìn)行分割，各分割點(diǎn)為目標(biāo)補(bǔ)償點(diǎn)。通常采用以下兩種方法：1) 從產(chǎn)生誤差的根源上采取措施減小或消除定位誤差 在許多情況下，可以根據(jù)誤差的變化規(guī)律分析找出產(chǎn)生誤差的根源，然后采取對(duì)應(yīng)措施進(jìn)行減小或消除。傳動(dòng)系統(tǒng)中的各種間隙、傳動(dòng)件的彈性變形量等，則綜合形成反向運(yùn)動(dòng)時(shí)的失動(dòng)量。四、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床影響定位精度的因素和提高定位精度的措施1. 影響定位精度的因素 機(jī)床的定位精度受到機(jī)床電氣或機(jī)械裝置以及機(jī)床使用過程中的負(fù)載變化、振動(dòng)、熱變形等因素的影響，其中主要影響因素有：(1)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的誤差1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角誤差；2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)誤差，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單步運(yùn)行時(shí)有明顯的振蕩，產(chǎn)生 20%～30% 步距角的超調(diào)量； 3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起停誤差，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和停止的過渡過程中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)滯后于控制脈沖而產(chǎn)生的誤差；4）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)失步產(chǎn)生的誤差。間隙對(duì)誤差的影響，主要是在運(yùn)動(dòng)換向時(shí)發(fā)生。 編程誤差一般情況下取零件加工允許誤差的 ～ 倍。(3) 圓整誤差編制零件加工程序時(shí)，要根據(jù)設(shè)計(jì)圖樣的幾何尺寸要求，將尺寸參數(shù)轉(zhuǎn)換成控制脈沖數(shù)，轉(zhuǎn)換計(jì)算的最小單位是脈沖當(dāng)量。（三）數(shù)控機(jī)床誤差及其軟件補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床的加工誤差是必然存在的，但只要對(duì)引起加工誤差的各個(gè)環(huán)節(jié)的定量關(guān)系清楚，就可以在編程中正確地引人修正量，調(diào)整進(jìn)給脈沖，達(dá)到減少和消除部分誤差的作用，這就是誤差的軟件償。在第 20 個(gè)脈沖后，脈沖周期可減少到 66010μs，對(duì)應(yīng)脈沖頻率約為 150OHz。同理， 在要求停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，為防止“過沖”，使脈沖頻率逐漸降到零。2. 微機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的升降速方法 生產(chǎn)實(shí)際中，要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不僅運(yùn)轉(zhuǎn)快，而且要求能快速起動(dòng)、停止。 如單三拍方式通電順序?yàn)?U → V → W → U …，所以只需依次向 P1 口輸出如下控制字： 0 0 1(OlH ) U 相通電　　　　　0 1 0(02H ) V 相通電　　　　　1 0 0(04H) W 相通電同時(shí)，在兩控制字間應(yīng)加人軟件延時(shí)來保證一定的時(shí)間間隔，以此控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)速度。 1. 軟件環(huán)形分配 用軟件完成環(huán)形分配的優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單，成本低，可以靈活地改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方案，而驅(qū)動(dòng)功率放大功能仍由硬件完成。寫入 55H 和 AAH 是通過邏輯 0 和 1 對(duì)每位進(jìn)行檢查。在控制程序固化到 ROM 中時(shí)，將控制程序的每個(gè)字節(jié)累加（不考慮高字節(jié)進(jìn)位），得出“累加和”（一個(gè)字節(jié)），將累加和取補(bǔ)后也固化到 ROM 中。(2) 中斷功能的診斷CNC 系統(tǒng)往往有多個(gè)中斷源，實(shí)際中不可能對(duì)每個(gè)中斷進(jìn)行診斷，一般選一個(gè)中斷最頻繁的中斷源進(jìn)行診斷。下面介紹常用的診斷程序。中斷矢量法就是經(jīng)過 G功能分析后，將相應(yīng)的 G 功能處理子程序的地址寫入中斷程序矢量的單元中，在加工過程中由速度處理程序設(shè)置的定時(shí)時(shí)鐘發(fā)出中斷信號(hào)，每中斷一次，相應(yīng)的G功能作為中斷服務(wù)程序就執(zhí)行一次。5．指令分析和執(zhí)行 數(shù)控系統(tǒng)要對(duì)輸入指令進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別指令功能并執(zhí)行相應(yīng)操作。圖249 編輯修改程序框圖 圖248 零件加工程序的輸入程序框圖4．零件加工程序的編輯修改程序編輯修改程序可看作為一個(gè)鍵盤命令處理程序。由于每個(gè)程序段的功能字（如 G 、 M 、F 、S 、T 等）和尺寸字（如 X 、Y 、Z 、U 、V 、W 、I 、J 、K 等）的主要數(shù)據(jù)按固定格式順序存放，所以不要保留字符。輸人的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)處理程序?qū)⑤斎氲氖M(jìn)制數(shù)與指令轉(zhuǎn)換為 BCD 碼存于規(guī)定的緩沖區(qū)，即源程序區(qū)。圖245 初始化程序框圖2．命令處理循環(huán)在完成初始化工作以后，程序進(jìn)入命令處理循環(huán)。它包括系統(tǒng)的初始化、命令處理循環(huán)、零件加工程序的輸入、零件加工程序的編輯修改、指令分析與執(zhí)行、系統(tǒng)自檢等。三、數(shù)控系統(tǒng)的軟件組成 數(shù)控軟件是一系列能完成各種功能的程序的集合。 8031 的 P1 口輸出環(huán)形分配脈沖信號(hào)（軟件環(huán)形分配）或輸出控制指令經(jīng)環(huán)形分配器輸出的環(huán)形分配脈沖信號(hào)（硬件環(huán)形分配），經(jīng)光電隔離和驅(qū)動(dòng)放大電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 8031 的 P3 口在其第二功能情況下，可完成回轉(zhuǎn)刀架、主軸脈沖發(fā)生器（光電編碼器）信號(hào)及外部中斷控制等工作。若采用 LED 顯示，LED 控制板、鍵盤操作板可由一塊鍵盤/顯示操作板代替，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)常采用這種形式。8155 具有多路轉(zhuǎn)換的地址和數(shù)據(jù)總線，即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用。 8155 內(nèi)部有256 字節(jié)的靜態(tài) RAM，兩個(gè) 8 位并行 I/O 口（PA 口和 PB 口）和 一個(gè) 6 位并行 I/O 口（PC 口）。其中，通道 C 可在 “方式”字控制下分成兩個(gè) 4 位通道，分別與數(shù)據(jù)通道 A 和 B 配合輸出控制信號(hào)（包括外設(shè)選通信號(hào)和中斷申請(qǐng)信號(hào)）和輸入外設(shè)狀態(tài)信號(hào)。（3）I/O 擴(kuò)展集成芯片 I/O 擴(kuò)展芯片可分為兩種類型。（2） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)1) 靜態(tài) RAM 無需刷新，但功耗大成本高。通常所說的 MCS51 單片機(jī)是該系列的簡(jiǎn)稱。在國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中多數(shù)使用 MCS51 系列單片機(jī)。單片機(jī)的主要特點(diǎn)是抗干擾性強(qiáng)， 可靠性高，速度快，指令系統(tǒng)效率高，體積小，性能價(jià)格比高。二、數(shù)控系統(tǒng)的硬件組成任何一個(gè)微機(jī)控制系統(tǒng)都由硬件和軟件組成，硬件是軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)，而配置了軟件的硬件才是具有控制功能的系統(tǒng)。主要用于功能簡(jiǎn)單的車、銑、鉆、沖床等的控制，并大量用于舊機(jī)床改造。其目的是根據(jù)實(shí)際機(jī)床的使用要求，合理地簡(jiǎn)化系統(tǒng)，以降低產(chǎn)品成本。數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用教案及講稿 上部分：數(shù)控技術(shù)及編程第八講一、備課教案適用專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化講次第八講上課時(shí)間 年 月 日 節(jié)教學(xué)內(nèi)容提綱及要求第二章 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)第五節(jié) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的構(gòu)成一、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)概述了解經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的硬件組成及各部分的功能；了解經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件組成及工作過程；經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)精度的影響因素及提高措施二、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的硬件組成三、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的軟件組成四、精度的影響因素及提高措施第六節(jié) 基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)一、開放式數(shù)控系統(tǒng)概述了解開放式數(shù)控系統(tǒng)的概念及其體系結(jié)構(gòu) 二、基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)重點(diǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的軟件組成及工作過程；開放式數(shù)控系統(tǒng)的概念及其體系結(jié)構(gòu)。在不同的國家和不同的時(shí)期含義是不同的。經(jīng)濟(jì)型 CNC 是根據(jù)國內(nèi)需要自行開發(fā)的。目前，我國經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展迅速，已研制了數(shù)十種經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，應(yīng)用較為普遍的是華中 I 型。單片計(jì)算機(jī)是在一片芯片上集成了 CPU、 ROM/RAM/EPROM/E2PROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及各種 I/O 接口等構(gòu)成了一個(gè)完整的數(shù)字處理系統(tǒng)。MCS 48 和 MCS51 系列為 8 位單片機(jī)，MCS96 系列為 16 位單片機(jī)。即內(nèi)部不含 ROM 的 803內(nèi)部含 ROM 的 8051 和內(nèi)部含 EPROM 的 8751。通常采用標(biāo)準(zhǔn)芯片，如 2716(2KB 8)、2732(4KB 8)、 2764(8KB 8)、27128(16KB 8 )、 27256(32KB 8) 和 27512(64KB 8)。一般控制系統(tǒng)多采用靜態(tài) RAM 。8255 內(nèi)部具有三個(gè)可編程選擇其工作方式的通道 A、B 和 C，用于與外圍設(shè)備接口。2 ）I/O 擴(kuò)展復(fù)合芯片 這類芯片除能擴(kuò)展 I/O 口外，還能通過它再擴(kuò)展其它外圍功能電路，如 8155。8155 設(shè)置有一個(gè) 14 位二進(jìn)制減法定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可用來定時(shí)或?qū)ν獠渴录?jì)數(shù)。該系統(tǒng)按模塊化設(shè)計(jì)，它主要由主控制系統(tǒng)板、CRT 控制板、鍵盤操作板和存儲(chǔ)控制板等組成。因 8031 的外部 ROM 由 PSEN 信號(hào)選通，外部 RAM 和擴(kuò)展 I/O 端口由 W/R 信號(hào)選通，所以 RAM 與 EPROM 的地址可以重復(fù)。其中還包括有 8KB 的靜態(tài) RAM （存放被顯示的字形和圖形，稱顯示存儲(chǔ)器）、 8KB 的 EPROM（存放漢字，同計(jì)數(shù)器組成“字符發(fā)生器”）、鎖存器及其他緩沖器和邏輯電路。 （一)監(jiān)控與操作程序 監(jiān)控與操作程序用來實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話、系統(tǒng)監(jiān)控、指揮整個(gè)系統(tǒng)軟件協(xié)調(diào)工作等。初始化程序框圖如圖 245所示。3．零件加工程序的輸入程序經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)零件加工程序通常是通過鍵盤逐段輸入的。目前，一般加工程序都是按字地址程序格式編制的。輸入程序框圖如圖 248 所示。編輯修改程序框圖如圖 249 所示。 G 功能分析程序 通常采用中斷矢量法。不同的數(shù)控系統(tǒng)，其診斷功能和診斷程序可能差別很大，但診斷原理基本是相同的，就是用軟件對(duì)