【文章內(nèi)容簡介】 ，無編碼器反饋端口，主要適用于步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，也可用于無編碼器反饋的數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)。MPC07控制卡作為開發(fā)運(yùn)動控制系統(tǒng)的平臺，其結(jié)構(gòu)是開放的。該卡插在PC機(jī)PCI擴(kuò)展槽內(nèi)使用，同時使用控制卡的數(shù)量和各卡上的控制軸數(shù)可方便的配置；MPC07卡提供了功能強(qiáng)大的運(yùn)動控制函數(shù)庫，并可以充分利用PC機(jī)現(xiàn)有的資源來開發(fā)完美的運(yùn)動控制系統(tǒng)。MPC07控制卡的結(jié)構(gòu)示意圖如下：脈沖發(fā)射光電隔離長線驅(qū)動PC機(jī)CPU脈沖方向運(yùn)動控制智能ICMPC07 指令 報警行程減速原點(diǎn)PC接口光電隔離 運(yùn)動控制函數(shù)庫 理想位置實際位置狀態(tài)等 光電隔離通用I/O 圖23 MPC07結(jié)構(gòu)示意圖 PCI總線 圖25 MPC07結(jié)構(gòu)示意圖MPC07控制卡主要特征有：開放式結(jié)構(gòu)、使用簡便、功能豐富、可靠性高等。MPC07的特征體現(xiàn)在硬件和軟件兩個方面：在硬件方面采用PC機(jī)的PCI總線方式，適用范圍廣，卡上無需進(jìn)行任何條線設(shè)置，所以資源自動配置，在Windows9Windows2000及WindowsXP操作系統(tǒng)中支持即插即用，使用非常方便；MPC07的接線方式采用DB37型插頭，所以的輸入、輸出信號均用光電隔離，提高了控制卡的可靠性和抗干擾能力；在軟件方面提供了豐富的運(yùn)動控制函數(shù)庫，以滿足不同應(yīng)用要求。用戶只需根據(jù)控制系統(tǒng)的要求編制人機(jī)界面，并調(diào)用MPC07運(yùn)動函數(shù)庫中的指令函數(shù)，就可以開發(fā)出既滿足要求又成本低廉的多軸運(yùn)動控制系統(tǒng)?；?MPC07運(yùn)動控制器的典型運(yùn)動控制系統(tǒng)由以下幾部分組成：(1) MPC07運(yùn)動控制器、轉(zhuǎn)接板及其連接電纜；(2) 具有 PCI 插槽的 PC 機(jī)或工控機(jī)，安裝有 Windows2000 / XP操作系統(tǒng)（不同型號的控制器支持的操作系統(tǒng)可能不同）；(3) 步進(jìn)電機(jī)或數(shù)字式伺服電機(jī)；(4) 電機(jī)驅(qū)動器；(5) 驅(qū)動器電源；(6) 直流開關(guān)電源，為轉(zhuǎn)接板提供+24V電源。 圖26采用MPC07運(yùn)動控制器組成的控制系統(tǒng)示意圖本設(shè)計中，采用伺服驅(qū)動器，故伺服電機(jī)到驅(qū)動器的連線還包括反饋回路的連線。MPC07的主要技術(shù)指標(biāo)：項 目 MPCO7SP主接口 控制軸數(shù)4通用數(shù)字輸入DCV24光電耦合16點(diǎn)通用數(shù)字輸出24點(diǎn)，最大500mA集電極開路輸出專用輸入每軸4點(diǎn)（正限位、負(fù)限位、原點(diǎn)、減速），報警（共用）脈沖輸出最大頻率1M脈沖輸出規(guī)格每軸梯形加減速脈沖輸出方式脈沖/方向輸出（Pulse/DIR）或雙脈沖輸出（CW/CCW）脈沖輸出計數(shù)器每軸32bit符號數(shù)177。2147483647變速運(yùn)動中變速度 數(shù)控系統(tǒng)軟件的實現(xiàn) 數(shù)控系統(tǒng)軟件綜述CNC裝置由軟件和硬件組成，硬件為軟件的運(yùn)行提供了支持環(huán)境。同一般計算機(jī)系統(tǒng)一樣，由于軟件和硬件在邏輯上是等價的，所以在CNC裝置中，由硬件完成的工作原則上也可以由軟件來完成，但軟件、硬件各有其不同的特點(diǎn)。硬件處理速度較快，軟件設(shè)計靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但處理速度較慢，因此在CNC系統(tǒng)中，軟件、硬件的分配比例通常由其性能價格比決定。目前四種典型CNC裝置的軟件、硬件界面關(guān)系如下：輸入預(yù)處理插補(bǔ)運(yùn)算位置控制伺服控制速度控制程序位置檢測硬件軟件第一種硬件軟件第二種硬件硬件軟件第三種硬件軟件第四種 圖27四種典型軟硬件界面 CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)及控制CNC系統(tǒng)是一個專用的實時多任務(wù)計算機(jī)系統(tǒng)，在它的控制軟件中，融會了當(dāng)今計算機(jī)軟件技術(shù)中的許多先進(jìn)技術(shù)，其中多任務(wù)并行處理、前后臺軟件結(jié)構(gòu)和中斷型軟件結(jié)構(gòu)三個特點(diǎn)又最為突出。1. 多任務(wù)并行處理CNC系統(tǒng)通常作為一個獨(dú)立的過程控制單元用于控制各種對象，它的系統(tǒng)軟件必須完成管理和控制兩大任務(wù)。系統(tǒng)的管理部分包括輸入、I/O處理、顯示和診斷。系統(tǒng)的控制部分包括譯碼、刀具補(bǔ)償、速度處理、插補(bǔ)和位置控制。在許多情況下管理和控制的某些任務(wù)必須同時進(jìn)行。例如，管理軟件的顯示模塊必須與控制軟件同時進(jìn)行。而當(dāng)控制軟件運(yùn)行時，其本身的一些處理模塊也必須同時進(jìn)行。如為保證加工的連續(xù)性，即刀具在各程序段間不停刀，譯碼、刀具補(bǔ)償和速度處理模塊必須同時進(jìn)行，而插補(bǔ)又必須與位置控制同時進(jìn)行。下面給出CNC系統(tǒng)的任務(wù)分解圖和任務(wù)并行處理關(guān)系圖（見圖25），雙箭頭表示兩個模塊之間有并行處理關(guān)系[7]: 輸入 管理 I/O處理 顯示 CNC系統(tǒng) 診斷 輸入 譯碼刀具補(bǔ)償速度處理 譯碼 插補(bǔ) 控制 刀具補(bǔ)償 顯示 控制 速度處理 位置控制 插補(bǔ) 診斷 I/O 位置處理(a) 任務(wù)分解圖 (b) 任務(wù)并行處理插補(bǔ)顯示初始化 4ms 背景程序位控 I/O處理 輸入插補(bǔ)準(zhǔn)備診斷 8ms 中斷優(yōu)先級從高到底 16ms (c) CPU分時共享圖0ms 4ms 8ms 12ms 16ms 插補(bǔ) 位控 背景 程序 (d) 各任務(wù)占用CPU時間示意圖 圖28 CNC裝置的多任務(wù)并行處理所謂并行處理是指計算機(jī)在同一時刻或同一時間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì) 相同或不同的工作。并行處理最顯著的優(yōu)點(diǎn)是提高了運(yùn)算速度。對單CPU裝置，采用分時來實現(xiàn)多任務(wù)的并行處理，其方法是：在一定的時間片內(nèi)，根據(jù)系統(tǒng)各任務(wù)的實時性要求程度，規(guī)定它們占用CPU的時間，使它們按規(guī)定順序和規(guī)則分時共享系統(tǒng)的資源。因此，在采用資源分時共享并行處理技術(shù)的CNC裝置中，首先要解決各任務(wù)占用CPU時間（資源）的分配原則。該原則解決如下兩個問題：一是各任務(wù)何時占用CPU，即任務(wù)的優(yōu)先級分配問題；二是各任務(wù)占用CPU的時間長度，即時間片的分配問題。一般地，在單CPU的CNC裝置中，通常采用循環(huán)調(diào)度和優(yōu)先搶占調(diào)度相結(jié)合的方法來解決上述問題，圖28（c）所示為CNC裝置多任務(wù)分時共享CPU時間分配圖。為了簡單起見，假定某CNC裝置軟件功能僅分為三個任務(wù)：插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制和背景程序。這三個任務(wù)的優(yōu)先級從上到下逐步下降，即插補(bǔ)運(yùn)算的最高，位置控制的的其次，背景程序（主要包括實時性要求相對不高的一些子任務(wù)）的最低。系統(tǒng)規(guī)定：插補(bǔ)運(yùn)算任務(wù)每4ms執(zhí)行一次，位置控制每8ms執(zhí)行一次，兩個任務(wù)都由定時中斷激活，當(dāng)插補(bǔ)運(yùn)算和位置控制都不執(zhí)行時便執(zhí)行背景程序。系統(tǒng)的運(yùn)行順序是：在完成初始化后，自動進(jìn)入背景程序，在背景程序偶那個采用循環(huán)調(diào)度的方式，輪流反復(fù)地執(zhí)行各個子任務(wù)，優(yōu)先級高的任務(wù)（如插補(bǔ)運(yùn)算或位置控制任務(wù)）可以隨時中斷背景程序的運(yùn)行，插補(bǔ)運(yùn)算也可以中斷位置控制的運(yùn)算。各個任務(wù)在運(yùn)行中占用CPU時間如圖28（d）所示。在圖中，粗實線表示任務(wù)對CPU的中斷請求，兩粗實線之間的長度表示該任務(wù)的執(zhí)行時間，藍(lán)色部分表示各個任務(wù)占用CPU的時間長度。由圖可以看出：(1)在任何一個時刻只有一個任務(wù)占用CPU。(2)從一個時間片（如8ms或16ms）來看，CPU并行地執(zhí)行了三個任務(wù)。因此，資源分時共享的并行處理只具有宏觀上的意義，即從微觀上來看，各個任務(wù)還是順序執(zhí)行的。圖28（c）、（d）清楚地說明了資源分時共享的意義和內(nèi)涵。[7]2. 實時中斷處理CNC系統(tǒng)控制軟件的另一個重要特征是實時中斷處理。CNC系統(tǒng)的多任務(wù)性和實時性決定了系統(tǒng)中斷成為整個系統(tǒng)必不可少的重要組成部分。CNC系統(tǒng)的中斷管理主要靠硬件完成，而系統(tǒng)的中斷結(jié)構(gòu)決定了系統(tǒng)軟件的結(jié)果。其中斷類型有外部中斷、內(nèi)部定時中斷、硬件故障中斷以及程序性中斷。外部定時中斷有外部監(jiān)控中斷和鍵盤操作面板輸入中斷。內(nèi)部定時中斷主要有插補(bǔ)周期定時中斷和位置采樣中斷。硬件故障中斷時指各種硬件故障檢測裝置發(fā)出的中斷，如存儲器出錯、定時器出錯、插補(bǔ)運(yùn)算超時等。程序性中斷時程序中出現(xiàn)的各種異常情況的報警中斷，如各種溢出、清零等。 CNC系統(tǒng)典型的軟件結(jié)構(gòu)模式所謂軟件結(jié)構(gòu)模式是指系統(tǒng)軟件的組織管理方法，即系統(tǒng)任務(wù)的劃分方式、任務(wù)調(diào)度機(jī)制、任務(wù)間的信息交流機(jī)制以及系統(tǒng)集成方法等。軟件結(jié)構(gòu)模式主要解決的問題是如何組織和協(xié)調(diào)各個任務(wù)的執(zhí)行，使之滿足一定的時序配合要求和邏輯關(guān)系，以滿足CNC裝置的各種要求。目前CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)模式主要有以下2種：前后臺型軟件結(jié)構(gòu)和多重中斷型軟件結(jié)構(gòu)。前后臺型軟件結(jié)構(gòu)適合于采用集中控制的單處理器CNC系統(tǒng)，在這種軟件結(jié)構(gòu)中，CNC系統(tǒng)軟件由前臺程序和后臺程序組成。前臺程序為實時中斷程序，承擔(dān)了幾乎全部的實時功能，這些功能都與機(jī)床動作直接相關(guān)，如位置控制、插補(bǔ)、輔助功能處理、監(jiān)控、面板掃描及輸出等。后臺程序主要用來完成準(zhǔn)備工作和管理工作，包括輸入、譯碼、插補(bǔ)準(zhǔn)備及管理等，通常稱為背景程序。背景程序是一個循環(huán)運(yùn)行程序，在其運(yùn)行過程中實時中斷程序不斷插入，前后臺程序相互配合完成加工任務(wù)。程序啟動后，運(yùn)行完成初始化程序即進(jìn)入背景程序環(huán)，同時開放定時中斷，每隔一固定時間間隔（）發(fā)生一次中斷，執(zhí)行一次中斷服務(wù)程序。就這樣，中斷程序和背景程序有條不紊地協(xié)同工作。多重中斷型軟件結(jié)構(gòu)沒有前后臺之分，除了初始化出現(xiàn)外，根據(jù)各控制模塊實時的要求不同，把控制出現(xiàn)安排成不同級別的中斷服務(wù)出現(xiàn)，整個軟件是一個大的多重中斷系統(tǒng)，系統(tǒng)的管理功能主要通過各級中斷服務(wù)出現(xiàn)之間的通信來完成。 NC嵌入PC型開放式數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 基于運(yùn)動控制器開放式數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)主要是由實時控制軟件和系統(tǒng)管理軟件來構(gòu)成。實時控制軟件的設(shè)計充分考慮了軟件的開放性，系統(tǒng)管理軟件主要由用戶自己開發(fā)，來實現(xiàn)所以的非實時控制部分的功能。系統(tǒng)管理軟件最基本的應(yīng)該是實現(xiàn)系統(tǒng)初始化、故障診斷、參數(shù)輸入及加工程序編輯、系統(tǒng)進(jìn)程管理和雙CPU通信等功能，在這些基本功能的基礎(chǔ)上可以再增加網(wǎng)絡(luò)控制、動態(tài)仿真等高級功能。此設(shè)計中，系統(tǒng)軟件采用多重中斷軟件結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)軟件除初始化程序，控制程序分為8級中斷程序，各中斷功能如下表所示：表21 中斷功能一覽表級別 主要功能 中斷源 0 控制CRT顯示 硬 件