介绍了嵌入PMAC多轴运动的开放式数控系统，并详细阐述了该系统在自动玻璃雕刻机中心数控系统的具体应用，包括硬件设计和软件设计两大模块。
1 引言 随着人们生活水平的提高，刻花玻璃制品受到越来越多消费者的青睐，工艺越做越复杂，精度要求也越来越高。目前玻璃制品的刻花主要依靠手工操作，加工质量不易保证、成本较高。因此，数控玻璃雕刻设备在国内市场非常广阔。当前，玻璃雕刻机市场被意大利的Bottero和Intermark两大公司垄断，他们的专用NC使中国本土的玻璃机械行业很难介人。针对这种情况，我们设计了采用计算机数字控制的玻璃雕刻机。该系统采用PC+PMAC（Programmable Multipie Axis Controller）开放式多轴运动的控制方式，将PMAC运动控制卡插入PC机的标准插槽中作实时控制，而PC机作为人机界面和系统管理的上位机。通过模块化设计，建立统一的可重构的系统平台。这样不但增强了数控系统的柔性和适应性，而且还由于PMAC卡的开放性，可使我国玻璃机械加工技术进一步得到开发和不断完善，以便迎头赶上甚至超过外国设备。
2 基于PMAC的开放式数控系统 基于PC的开放式数控系统是目前的主要发展方向。本文主要是对自动玻璃雕刻机中心数控系统的开发和研究。该系统采用多轴运动PMAC卡作为伺服运算和控制主体插入工控机的标准插槽中，再加上一些外围设备，如伺服放大器、伺服电机、编码器、电源等，构成一个模块化的基于PMAC的开放式数控系统。基于PMAC的数控系统，具有开发周期短、成本低、插补轴数多（四轴以上）、控制精度高等特点。在这个体系结构中，数控伺服运算和控制完全由PMAC卡来完成，PC机及各种通用接口都处于整个数控系统的终端地位，这样的体系结构具有很大的通用性、开放性。一方面，对于用户来说，它面对的终端完全是PC微机的体系，可以使用Windows9x/NT的操作系统，用户不会产生陌生感。数控NC软件采用的是界面化的人机交互方式，与基于Windows的各种应用程序完全一致，便于初学者的学习和使用，它摆脱了以往数控系统界面单调、呆板、不易接近的感觉，可以在上面自由地编辑和扩展。另一方面，数控系统的伺服运算、反馈控制、实时任务处理等程序工作都由PMAC多轴运动和PLC可编程逻辑器来完成，具有高精度、高速度的特点。
3 中心数控系统的硬件设计原理 由于Windows 9x/NT操作系统无法满足数控加工的实时性要求，因此本文所述的数控系统采用了基于上位机和下位机的双CPU开放式数控系统。下位机由PMAC运动来实现，主要承担实时性任务，如伺服控制、路径规划、可编程逻辑控制；上位机为工业控制计算机，主要完成数控编程、数控仿真、图形插补和人机界面处理、网络功能等非实时任务。上位机中的控制内核是整个数控系统的核心，它通过对调用对应于下位机中各种变量和功能的应用程序接口与下位机交换信息，并负责整个系统的协调。操作面板和人机界面是获取外部信息的主要渠道，控制内核将获取的信息保存在参数集合中，这些参数包括电机手动控制参数、伺服调节参数、坐标参数、电机安全运动参数等。上、下位机之间的通讯采用PC总线。控制内核将参数集合中改变的信息，通过PC总线传递到下位机的控制参数模块中。同时，下位机也通过PC总线将系统实时运行状态信息传递到上位机，显示在用户终端上。数控系统还提供了图形编程模块，用户只需通过人机交互，输入必要的一些刀具信息等，自动转变为数控G代码。系统通过通讯模块与外部网络相连，直接将异地需要加工工件的数控代码传递给该系统，使其具有网络加工能力。 系统中的控制内核将图形编程或网络传递来的数控代码经过编译生成PMAC卡能识别的运动程序并下载给下位机，下位机通过轨迹产生模块，将数控代码翻译成每个伺服轴运动所对应的指令代码，然后由轴控制模块实现伺服控制。控制算法既可以采用PMAC提供的通用算法，也可由用户指定，并通过PC总线下载到PMAC中。下位机通过输入输出端口与外部的传感器和执行器相连，如按纽开关、指示灯等。由于下位机具有强大的可编程离散逻辑控制能力，可实时地监视外设的模拟和数字输入信号、设置状态输出、传递信息、监视运动参数等。其控制逻辑采用文件形式由上位机定制，因此具有很大灵活性。对于实时性要求更强的任务，如位置限制信号和回零信号的处理，以及一些系统运行安全性检查等，则由下位机直接进行，上位机只接受处理后的完成信息，这样可保持系统的运行安全。
4 数控中心控制系统软件设计 模块化是系统软件编码的前导，它确定系统由哪些模块组成、模块之间的相互关系、模块独立的功能和输入输出数据的规格，使模块不会产生混乱。 [align=center]
图1 基于PMAC数控系统的软件组成[/align] 由于PMAC具有良好的软件开放性，从而大大方便了数控软件系统的开发。数控系统的软件结构如图1所示，由主控模块及各个功能模块组成。主控模块为用户提供一个友好的系统操作界面，在此界面下，系统的各功能模块以菜单的形式被调用。系统的功能模块可分为实时控制类功能模块和非实时管理类模块两大类。实时控制类功能模块是控制机床当前运动和动作的软件模块。非实时管理类模块可利用PC微机和PMAC所提供的计算机语言和软件工具实现。由于时间响应要求不高，故由PC微机负责运行。在实时控制类功能模块中，PMAC已提供了基本功能，仅需进行简单的参数输入或选择便可直接调用。如：加工程序解释模块可在PEWIN环境下对已有的PMAC解释程序进行编辑和调试，并下载到PMAC固定内存中，在实际加工时被PMAC自动调用；可直接选择调用PMAC提供的直线插补、圆弧插补及样条插补功能，也可自行定义C、M、T代码。 PLC控制程序是用于机床系统的开关量的逻辑控制。PLC程序可以极高的采样速率监视模拟输人和数字输入、设定输出值、发送信息、改变增益、命令运动停止/起动等作业，以5-10ms甚至更高的循环速度对PLC程序进行反复扫描。PLC程序由系统I/O端口映射、回参考点、使能许可，自动、单步、点动等工作方式，快速、增量、倍率等速率调整，冷却、润滑、主轴电机启停等控制子程序组成。PLC程序采用PMAC提供的命令语言编写，可以直接运行，也可经编译后执行。
5 结束语 计算机数控玻璃雕刻机是集成CAD/CAM技术、计算机数控技术、电机驱动技术、玻璃光学表面成型技术为一体而发展起来的高新技术设备，本论文主要对其中心控制系统作了研究。通过介绍一种基于PMAC运动的开放式数控系统，将其应用于自动玻璃雕刻机。在当前技术条件下，采用这种基于上、下位机的双CPU开放式的数控系统，具有较大的实用价值。
