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基于PMAC的開(kāi)放式數(shù)控教學(xué)平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)
（作者未知） 2009/11/17
摘要：目前部分職業(yè)院校數(shù)控技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)，較少?gòu)南到y(tǒng)規(guī)劃的高度和應(yīng)用開(kāi)發(fā)的層面來(lái)實(shí)施數(shù)控技術(shù)能力素質(zhì)培養(yǎng)的目標(biāo)。本課題開(kāi)發(fā)了一個(gè)針對(duì)于數(shù)控技術(shù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)領(lǐng)域一體化數(shù)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，即 IPC（工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）機(jī)+運(yùn)動(dòng)控制器結(jié)構(gòu)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，運(yùn)用系統(tǒng)開(kāi)放的特性，實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)新的教學(xué)模式。重點(diǎn)研究了數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，各部分組成、選型及系統(tǒng)硬件的連接。
關(guān)鍵詞：PMAC， 開(kāi)放式， 數(shù)控系統(tǒng)硬件
1 引言
在現(xiàn)代制造業(yè),數(shù)控系統(tǒng)是裝備制造業(yè)的核心技術(shù)，對(duì)制造業(yè)提高加工質(zhì)量和效率有著重要的意義。目前數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生重大變革，由專(zhuān)用型封閉式開(kāi)環(huán)控制模式向通用型開(kāi)放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。這就要求數(shù)控系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面和開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)這個(gè)界面和平臺(tái)開(kāi)放而自由地執(zhí)行和表達(dá)自己的思路，這就產(chǎn)生了開(kāi)放結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。
本課題正是順應(yīng)數(shù)控技術(shù)的重大變革，及職業(yè)院校數(shù)控技術(shù)教學(xué)實(shí)際需要出發(fā)，建立了一個(gè)基于PMAC的開(kāi)放式數(shù)控教學(xué)平臺(tái)，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想開(kāi)發(fā)了一個(gè)集成的應(yīng)用、設(shè)計(jì)數(shù)控教學(xué)平臺(tái)，來(lái)從系統(tǒng)規(guī)劃的高度和應(yīng)用開(kāi)發(fā)的層面來(lái)實(shí)施數(shù)控技術(shù)能力素質(zhì)培養(yǎng)的目標(biāo)。利用數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)放的特性，根據(jù)不同的教學(xué)實(shí)驗(yàn)階段和不同的培養(yǎng)模式的要求，搭建相適應(yīng)的軟硬件平臺(tái)。
2 開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)
就系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式而言，當(dāng)今世界上的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)大致可分為三種類(lèi)型：
(1)“PC嵌入NC”結(jié)構(gòu)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)；(2)純PC型開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)
(3)IPC（工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）機(jī)+運(yùn)動(dòng)控制器結(jié)構(gòu)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)：把運(yùn)動(dòng)控制器插入PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)插槽中,以通用微機(jī)為平臺(tái)，以IPC機(jī)標(biāo)準(zhǔn)插件形式的運(yùn)動(dòng)控制器為控制核心，雙CPU并行通信，是當(dāng)前較為理想的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，本數(shù)控教學(xué)平臺(tái)即是該種結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)控制器采用PMAC運(yùn)動(dòng)控制器，即IPC十PMAC(Programmable Multi—Axes Controller)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。以Windows操作系統(tǒng)作為數(shù)控系統(tǒng)軟件的運(yùn)行平臺(tái)，采用VB6.0作為開(kāi)發(fā)工具,利用VB語(yǔ)言與PMAC動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)及PMAC的執(zhí)行軟件開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件，可實(shí)現(xiàn)模塊化的軟硬件體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)軟硬件的開(kāi)放性。系統(tǒng)功能可方便二次擴(kuò)展，控制精度高，開(kāi)發(fā)周期短。
3 PMAC2A PC-104運(yùn)動(dòng)控制器
PMAC稱(chēng)為可編程多軸控制器(program multiple axis controller )，是由美國(guó)deltatau公司于1990年推出的PC平臺(tái)上的運(yùn)動(dòng)控制器。PMAC2A PC-104是 PMAC板卡級(jí)系列產(chǎn)品，是為嵌入式控制系統(tǒng)而開(kāi)發(fā)使用的運(yùn)動(dòng)控制器，有較全面的功能和更方便的擴(kuò)展性。
3.1 PMAC2A-PC/104控制器硬件結(jié)構(gòu)
PMAC2A-PC/104控制器的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示
J1 (JANA)：模擬量輸入口，此接口可接受16路0～5V的模擬量信號(hào)。
J2 (JTHW)：多端口I/O擴(kuò)展口，可連接ACC34A等附件，另外此接口可提供8In/8OUT點(diǎn)供用戶(hù)使用。
J3 (JI/O)：通用I/O接口，此接口可提供16in/16out輸入及輸出點(diǎn)，這32點(diǎn)I/O可由用戶(hù)自行定義是輸入還是輸出，以及他們的極性。
J4(JMACRO)：MACRO 光纜接口，用于與具有光纜接口的驅(qū)動(dòng)器和I/O板使用。
圖1 PMAC2A-PC/104控制器的結(jié)構(gòu)J
5 (JRS232 JRS422)：串行數(shù)據(jù)接口。
J6 (JDISP)：顯示器連接口，可與ACC12系列的附件相連。
J7 (JHW)：手輪編碼器接口，可接受兩路手輪或編碼器信號(hào)，并且不占用電機(jī)的編碼器通道。
J8 (JEQU)：位置比較相等的輸出信號(hào)接口。
J9～J12（JMACH1～4）：1-8電機(jī)的輸入/輸出接口。
4 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
本課題PMAC2A／PC104運(yùn)動(dòng)控制卡，通過(guò) PC104-ISA 轉(zhuǎn)接卡插入工控機(jī)ISA總線(xiàn)插槽連接。IPC機(jī)與PMAC運(yùn)動(dòng)控制器之間通信通過(guò)ISA總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)；PMAC和電動(dòng)機(jī)的位置、速度等狀態(tài)之間交換信息則通過(guò)DPRAM實(shí)現(xiàn)，通過(guò)雙端口RAM（DPRAM）進(jìn)行的數(shù)據(jù)存取不需要經(jīng)過(guò)通訊口發(fā)送命令和等待響應(yīng)，所以需要的時(shí)間少，響應(yīng)的速度快。PMAC卡快速和精確計(jì)算能力轉(zhuǎn)化成為高精度和快速運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算和控制實(shí)現(xiàn)軸運(yùn)動(dòng)控制、PLC程序運(yùn)行等實(shí)時(shí)任務(wù)，IPC（工業(yè)控制機(jī)）機(jī)完成諸如系統(tǒng)的初始化、參數(shù)的輸入、加工程序的編輯、系統(tǒng)管理等非實(shí)時(shí)性任務(wù)，實(shí)現(xiàn)雙CPU并行處理的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。I/0 端（未完，下一頁(yè)）
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