基于PMAC的开放式组合机床控制系统开发*

梁 媛 孙建业 祝 辉

(沈阳理工大学辽宁省高速切削工程技术研究中心，辽宁沈阳 110159)

组合机床一般都是采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，如回转式多工位组合机床是把工件的多道加工工序分配到各个加工工位上，并且同时从各个方向对工件进行加工，因此组合机床控制系统必须具有多轴组以满足多轴同时运动的需要，传统的数控系统采用的都是一种专用的、互不兼容、封闭的体系结构，很难满足组合机的控制需要。IPC机+PMAC(Programmable Multi－Axis Controller)是一种便于开发的全方位开放式体系结构，PMAC可以通过硬件选择，参数设置，运动及PLC程序的编写，实现对组合机床运动的控制。每个PMAC固件可以控制8个轴，这8个轴可以互相联动完成在一个坐标系中的运动，也可以在各自的坐标系内完成独立运动，或者选择多种运动的组合形式。组合机床控制系统使用VB工具在Windows平台上定制用户专用界面，通过PMAC提供的动态链接库与上位机之间建立实时、可靠的通讯，以协调整个系统共同完成加工任务。

1 组合机床控制系统硬件构成

组合机床控制系统上位机采用工控机(IPC)，下位机采用PMAC可编程控制器，PMAC通过标准总线与上位机相连，PMAC的CPU与轴的通讯是通过两个特殊设计的门阵列IC(集成电路)来实现的。每个IC能够控制4个模拟输出通道、4个作为输入的编码器反馈通道及4个通道的正负限位及回零信号。该组合机床各个工位采用安川伺服驱动系统及交流伺服电动机作为执行元件进行控制，伺服放大器接收来自PMAC控制器的模拟电压输出，通过模数(A/D)转换器将其转换为数字信号，经MPU处理，同时通过数模(D/A)转换器将MPU输出的数字信号转换成模拟信号控制电动机转动，伺服电动机内的光电编码器作为闭环系统的反馈元件，伺服放大器从编码器获取位置反馈信号，并将信号传送给PMAC卡，实现组合机床的半闭环控制［1］。组合机床控制系统的硬件构建如图1。

2 组合机床控制系统软件设计

组合机床控制系统的软件采用模块化设计，软件包括上位机的人机界面程序、与下位机的通讯程序、下位机的运动程序及PLC程序。作为控制器，在配置好系统变量的前提下，PMAC通过运动程序、PLC程序等对具体对象施加控制，同时，这些程序还要负责向上位机报告工作状态［2］。

2.1 人机界面与通讯程序

上位机人机界面为操作者提供了一个直观的操作环境，在此界面下，系统各功能模块以菜单和对话框的形式被调用，主要包括系统参数配置、加工参数设置、运动状态显示等。PMAC提供了Windows平台下的驱动程序Pcomm32，可以在 VB编程环境下调用其动态链接库，实现上位机软件与PMAC之间的通讯，在工程文件下创建一个标准模块，声明导入如下函数:

(1)Declare Function OpenPmac Lib“Pcomm32.dll”(Byval Pmac As Long)As Long，该函数指定 DLL(动态链接库)文件的路径，能够有效寻址，过程有返回值。

(2)Declare Function ClosePmac Lib“Pcomm32.dll”(Byval Pmac As Long)As Long，此函数与 Open-Pmac配对使用，当程序运行完毕后，关闭打开的通道。

(3)Declare Function PmacGetResponsA Lib“Pcomm32.dll”(Byval As Long，Byval response$ ，Byval dummy As integer，Byval commond$)As Long，发送命令字符串给PMAC，并从缓冲区得到PMAC的反馈。它能处理大多数与PMAC通讯的要求，并总能保证命令字符串与反应字符串相匹配。参数response是指向存储PMAC反应代码的字符串缓冲区指针，command是指向所传送字符串的指针［3－4］。

图2为组合机床Ⅰ工位加工参数设置界面，以过程1距离设置对话框为例程序代码如下:

同样可以定义各加工过程的参数所对应的变量如表1。

表1 参数变量对应表

2.2 运动程序

组合机控制系统每个工位的运动过程编写在一个运动程序中，每个工位的进给运动定义在一个坐标系内，通过变量设置可完成快进、暂停、工进、暂停、工退、暂停、快退的运动过程，这4个过程的移动距离、速度及暂停时间是由操作者通过图2的人机界面设置。以下为Ⅰ工位运动程序:

可以通过PLC程序同时或选择性地启动各个工位的运动程序，各工位的进给运动在各自的坐标系内同时进行。

2.3 PLC 程序

PMAC内含了可编程逻辑控制器(PLC)功能，可编写64个非同步执行的PLC程序(32个已编译PLC程序和32个未编译PLC程序)，只要被设置为允许运行，PLC程序会一直运行，直至PMAC本身停止。所有的I/O点都以软件来控制，通过类似汇编语言的指针变量，可以让用户按位、字节进行控制。PLC具有强大的逻辑功能判断能力，执行速度远超过普通PLC，可编制复杂的逻辑关系［［5］。以下是Ⅰ工位自动状态下运行的PLC程序:

以上程序执行的运动为:当机床没有报警、卡盘闭、转台落下、各个伺服轴均在回零位置时，按“循环启动”按钮，执行自动循环，所选Ⅰ工位主轴电动机转，伺服电动机执行所选Ⅰ工位运动程序，按照在人机界面中输入的各个过程的加工参数，完成快进、暂停、工进、暂停、工退、暂停、快退的运动过程，如不需暂停时间设为0，当执行完各个过程运动伺服轴再次回到原位时，循环结束，主轴停止。

3 结语

开放式数控系统是数控技术发展的必然趋势，IPC机与嵌入式控制器PMAC组合的数控系统模式，以通用PC机为平台，以PC机标准插件形式的可编程控制器为核心，双CPU并行通讯，是一种便于开发的全方位开放式体系结构。本设计依据组合机床的运动特点，利用PMAC强大的运算和处理能力进行数控系统的实时控制，利用PC机实现后台管理及人机界面编写等任务完成了控制系统的开发。通过试验研究表明系统开放程度高、运动轨迹控制精确、通用性好、操作简单，具有很好的应用效果。

［1］王仁德.机床数控技术［M］.沈阳:东北大学出版社，2007.

［2］陈光胜，陶涛，梅雪松.Windows平台下的软件化系统研究［J］.制造技术与机床，2010(1):74－78.

［3］兰光明.VC环境下的PMAC数据实时采集与显示［J］.北京机械工业学院学报，2004，19(1):61 －65.

［4］刘彬彬.Visual Basic从入门到精通［M］.北京:清华大学出版社，2010.

［5］刘恒娟.基于PMAC的开放式数控系统的研制［J］.组合机床与自动化加工技术，2004(10):84－86.