五轴联动开放化数控系统的设计

CPU数控系统的两种结构

通讯机在系统中起着承上启下的作用。它接收Pentium 166插补得出的各坐标轴位置指令，通过并行口把这些指令分发给位控板。另外，通讯机还提供对数控而板按键及指不灯的管理功能。通讯机的设计见图2a图中的仿ISA总线，提供了通讯机与位控板之间传输信息的通道。这时的“仿TSA总线，，是根据位控板及常用控制插卜的需要而设计的，‘已重建了标准ISA总线的部分信号，包括:I/O操作所需的各种信号线、中断信号线、就绪控制、电源线等。按照“仿ISA总线”设计的位控板与标准的ISA总线完全兼容口这样做有两个好处:在系统开发阶段，通讯机与位控板的设计和调试工作可借助微机各自单独完成，两者之间无先后依赖关系:在控制轴数较少的系统中，可以采用图1中的第一种结构，把位控板自接插到工控机的底板上，方便地实现对系统的重组。

在设汁过程中，在通讯机与位控板之间，找们曾米用f翻足义的专用总线。专用总线效率高，但根据专用总线设计的位控板与_土控机不兼容，互换性较差，开发,试与维护都比较麻烦。为此，我们对这一部分进行重新设计，走开放化道路，采用“仿ISA总线”向标准总线靠近，收到了良好的效果。

3 数控系统软件的开放化设计

开放化数控系统的软件设计首先需要选择合适的操作系统和软件开发工具。目前常用的操作系统如005, Windows 3.1, Windows 95, Windaw5 NT等均被应用到数控系统中。DOS木质上是一种单任务操作系统，在DOS下的多任务只能通过中断技术来实现。数控系统各软件功能模块一般不能同时执行，若要同时执行，需自行解决模块之间的调度问题。但DOS的规模很小，人们对DOS的了解比较多，在DOS上开发应用程度相对容易口Windows3.1 是一种非抢先多任务操作系统，可同时完成多个任务。其缺点在十某个任务，如任务A得到CPU资源时，其’言任务是否能顺利执行完成取决于A是否能及时处理完其木次事件，因此实时性没有保证。Windows 95和Windows NT都是性能优异的抢先式3}位多任务操作系统，操作介而良好，就功能而言，适合数控系统的需要。但在工业场合使用，其稳定性有待证实。综台考虑的结果，我们选择了DOS操作系统。与此相应，我们选择Turbo C++ 3.0作为软件开发工具。

软件设计:工作分为三个部分:主机软件、通讯机软件和位置控制卡软件。制订完善的通讯协议是其首要问题。为了保证可靠传输数据，通讯机构件采用分时处理的方法分别完成与主机及位控卜的信息传输。其时间上的同步关系见图3。时间片的划分及三部分之间的同步关系由通讯机进行控制。第一时间片开始时，通讯机向主机及位控卡发出同步信号，通知主机向双口RAM中写入新的数据，同时使位控卡开始位置控制运算口第二个时间片内，通讯机从双口RAM中取出位置指令，分发给各个位控卡，同时从各位控卡采集实际位置数据，写入双口RAM。

主机软件主要由NC程序编辑模块、手动操作、电气控制模块、通讯模块、自动加工、机床参数调整、系统定位、螺矩补偿等功能模块构成。一卜而以电气控制模块为例说明软件模块的开放化设计方法。

电气控制是所有机床必不可少的一部分。在数控机床中，其实现方法有三种:外装式PLC,嵌入式PLC和虚拟PLC。市场上现有的各种PLC一般具有通讯功能，可以通过通讯接口与数控系统构成一个整体，这种电气控制方式称为外装式PLC;此外，也可以设计一个智能型I/O接口，通过总线_直接与数控系统构成一休，卡上带有CPU，完成开关逻辑运算与控制，这种方式为嵌入式实现。也可以_篙接利用数控系统主机CPU周期性地进行逻辑运算，配合普通的开关量I/O卡实现对电气开关的控制，这种方式称为虚拟PLC。

如果采用常规的程序设计方法，对十以上三种电气控制方式，就得设计不同的软件接口，数控系统软件主体就会直接涉及到电气控制的实现方式及其细节，一旦控制方式发生变化，将不得不对软件进行人工修改二这样编写出的软件通用性较差，难以适应预料之外的变化。为了增加软件与硬件之间的相互独立性，我们运用而向对象技术对系统进行了开放化设计。

显然，不论哪一种控制方式，其目标都是相同的。经认真分析，我们找出了三者之间的共同点，由此得出一抽象类CPlc,提供了数控机床电气控制所有的外部特征，为数控系统主体软件提供了完备的消息处理函数，数控系统中其‘自部分只需向PLC对象发送消息(message)就可使电气开关做出相应的动作。该部分不涉及电气操作过程中的细节。

在抽象类CPlc的基础上，针对三种方式分别定义了派生类CExernalPic, CEmbed