“PC+運動控制卡”式數(shù)控系統(tǒng)將是開放式數(shù)控系統(tǒng)的一個里程碑。這種系統(tǒng)支持運動控制策略的用戶定制，體現(xiàn)了一種核心級的開放思想，從這種系統(tǒng)開始，數(shù)控系統(tǒng)將進入“完全開放”時代。
1952年，美國麻省理工學院與帕森斯公司進行合作，發(fā)明了世界上第一臺三坐標數(shù)控銑床，控制部分由數(shù)以千計的電子管組成，其插補裝置采用脈沖乘法器。這臺機床的研制成功標志著NC技術的開創(chuàng)和機床制造業(yè)的一個新的時代的到來。
從第一臺數(shù)控銑床后，隨著電子組件技術，計算機技術，以及伺服技術的發(fā)展，現(xiàn)代的CNC系統(tǒng)在功能、性能、穩(wěn)定性，以及處理速度方面已經(jīng)得到了大大改善。數(shù)控系統(tǒng)作為數(shù)控機床控制的核心部分，對數(shù)控技術的發(fā)展起著極大的推動作用。它的發(fā)展大致以下幾個過程：
隨著機械加工精度和速度的提高，要求NC系統(tǒng)的功能不斷的擴大、改進和完善，特別是適應高速高精度加工的要求產(chǎn)生了高速高精控制系統(tǒng)，包括程序的快速輸入、高速高精插補、控制以及輸出。另外機械結構的簡化與改進及新加工功能的完善，要求NC的軟件功能越來越復雜。還有，機械加工的連續(xù)運行、協(xié)調，要求NC系統(tǒng)可靠性不斷提高，加工和信息系統(tǒng)不但可以控制、處理、傳輸、管理而且通過網(wǎng)絡可以共享。正是由于以上的原因，基于PC ―BASED的開放性數(shù)控單元開始在數(shù)控領域得到了廣泛的應用。
1、開放性數(shù)控系統(tǒng)
開放性系統(tǒng)結構的定義為：在競爭的環(huán)境中允許多個制造商可以相互交換和相互操作的模塊。機床制造商可以在開放系統(tǒng)的平臺上增加一定的硬件和軟件構成自己的控制系統(tǒng)。目前比較流行的開放式數(shù)控主要有兩種結構：1、CNC+PC主板：把一塊PC主板插入傳統(tǒng)的CNC機器中，PC板主要運行非實時控制，CNC主要運行以坐標軸為主的實時控制。2、PC+專業(yè)運動控制卡：把運動控制卡插入計算機標準插槽中做作實時控制用，而PC 機主要用作處理非實時控制。尤其是方案2，能充分發(fā)揮其計算機處理速度快，人機接口友好的特點，越來越受到機床制造商的歡迎，成為近年來國內開放式數(shù)控發(fā)展的主流。
2、開放性數(shù)控系統(tǒng)的硬件結構
下面以步進機電公司自主研制開發(fā)的MPC01運動控制卡為例，介紹“PC+專業(yè)運動控制卡”這種結構模式的開放式數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用主從式控制結構：其中PC機負責人機交互接口的管理和控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控等方面的工作（例如系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、控制指令的發(fā)送等等）；下位機選用步進機電公司MPC01系列運動控制卡，用來完成控制的所有細節(jié)，包括脈沖和方向信號的輸出、自動升降的處理、原點和限位等信號的檢測等等。工控機的CPU及MPC01控制卡上的專用運動控制芯片構成了“PC+MPC01”的雙CPU的硬件結構，DOS或Windows作為操作系統(tǒng)。
2.1 MPC01系列運動控制卡的控制方式及特點
步進機電有限公司（step-servo Co.,Ltd）是一家以技術為依托的專業(yè)運動控制公司。是目前國內運動控制卡的主要生產(chǎn)廠家之一，MPC01系列運動卡采用進口專用芯片，集成度高，穩(wěn)定可靠；同時配備了內容豐富，功能強大的運動函數(shù)庫，可在C/C++或VB等環(huán)境下調用，它和計算機之間以總線方式進行通訊。而且由于它采用了VXD虛擬驅動技術，很好的利用了Windows底層的中斷調用，從而可以進行實時的多任務處理，這使得它在處理時間和任務切換這兩方面大大減輕主機和編程的負擔，提高了整個控制系統(tǒng)的運行速度和控制精度。
2.2 控制系統(tǒng)的控制結構
控制系統(tǒng)以基于工業(yè)PC的MPC01為核心，采用松下數(shù)字交流伺服系統(tǒng)構成一個開放式的數(shù)控系統(tǒng)。利用MPC01 的多軸運動控制功能，將交流伺服系統(tǒng)與DMC的脈沖輸出通道相連，實現(xiàn)電機的轉速信號的輸出。同時也可接受光電編碼器的反饋信號的采樣，以達到實現(xiàn)全閉環(huán)控制。另外通過DMC的DB15接口，可以接收機床上一些與運動控制有關的IO量的輸入。如檢測機床原點、限位等開關的信號。
運動控制卡必須與PC機進行通訊才能完成機床的控制任務，通過PC機的外設可實現(xiàn)加工程序的輸入、編輯、參數(shù)的設置、機床運行的實時狀態(tài)等等。另外借助PC的圖形數(shù)據(jù)處理的強大功能，可以很容易的實現(xiàn)系統(tǒng)的DNC功能。
3、開放性數(shù)控系統(tǒng)的軟件構成
本系統(tǒng)充分發(fā)揮了PC機軟件資源豐富和處理數(shù)據(jù)速度快的優(yōu)點，吸收了CAD/CAM的特點，在利用造型軟件生成零件圖后，將圖形的DXF格式文件轉化為加工G代碼。然后將G代碼解釋為板卡的運動控制函數(shù)，最后通過調用MPC01運動函數(shù)庫內的插補運動函數(shù)，達到實現(xiàn)機床控制的目的。
4、結束語
“PC+運動控制卡”式數(shù)控系統(tǒng)將是開放式數(shù)控系統(tǒng)的一個里程碑。這種系統(tǒng)支持運動控制策略的用戶定制，體現(xiàn)了一種核心級的開放思想，從這種系統(tǒng)開始，數(shù)控系統(tǒng)將進入“完全開放”時代。
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