基于PMAC运动控制器下液压数控系统的研制

[摘 要] 介绍了PMAC多轴运动控制器的特点，研发了一套以PMAC运动控制器为中枢控制的液压控制数控系统。该系统能够实现闭环控制，并且设计出相应的硬件构架与软件设计。 液压自动化设备变得越来越复杂，除了一般的电气控制，又要增加运动控制，用户又提出了更多的要求，要有灵活多变的控制流程，如伺服油缸的运动控制等，又要降低造价，缩短研制时间，是液压技术的发展而面临的挑战。常规控制采用PLC控制技术梯形图、流程图和指令表语言等，这些都是面向硬件仿真的，因此在完成这些新的需求时就受到了很大的限制，并且增加许多费用。 为了满足自动化的新需求，开发并发展面向运动过程控制的可编程控制器，为自动化技术寻求新的出路，提供新的选择。基于DSP的运动控制卡已经在自动化设备上得到应用，能够进行多轴的圆弧插补、空间直线插补及多轴控制，价格也不高，本文研发了一套以PMAC多轴运动控制器为核心的液压数控系统，该系统基本能满足这些新的需求，具备精度高、响应快、重复性好、抗干扰能力强等优点。 1 PMAC控制器 数控系统通常采用上、下位机形式。常用的控制器一般位于下位机，由其给出具体的控制算法，并由下位机各个分立器件（如放大器）等来完成输出控制信号采集被控制对象位置/速度等信息功能。PMAC卡控制器能够满足这些要求。 PMAC（Programmable MUlti-AxiS Controller）。全称可编的多轴控制器，它是美国DELTA TAU公司推出的基于工控机的多轴、多通道开放式运动控制器，它具有响应速度快、准确度高、开发周期短、编程和操作简单的特点。同时PMAC自带的PLC功能，其工作原理同于在工业控制领域应用广泛的PLC，都是以循环逻辑顺序来执行命令的，但它又不同于其它的PLC，它的编程方式不是其他的PLC梯形图，采用类似BASlC等高级语言的编程方式，更加灵活方便，易于存储，并且执行速度远超过普通的PLC。它提供了运动控制软件的动态连接库，使用户能方便地在VB、VC下编写自己的软件，控制PMAC运动控制卡。这些正是采用PMAC卡的根本原因所在。 2 系统硬件结构 控制系统采用“NC嵌入PC”的开放式结构，以研华公司的AWS8248型工控机作为基础，在lPC主板的lSA总线扩展槽上带有PMAC-Lite型运动控制卡。工控机的CPU与PMAC卡的CPU构成主从式双微处理器结构。 为实现PMAC多轴运动控制功能，还需在PMAC卡板上扩展相应的附件。ACC-34AA是串行I/O板，接在PMAC卡上J3（JTHUMB）接口上，可提供64个光隔离分立I/O点，有了这些I/O点，输入点可接收外部输入控制信号，如接受控制面板上输入的控制信号；输出点可接继电元件，最终控制外围设备的起停等。Acc-8D是控制信号输出及信号反馈接口卡。它接在PMAC卡上J11（JMACH）接口上，主要功能包括控制信号的输出、限位回零等标志信号的输入、编码器反馈信号的输入以及电源接口等。Acc-8D Option4是接在Acc-8D卡上的一个40W线性放大器，用它来驱动伺服比例阀。它可提供两种模式，一种是电压，一种是电流模式。这里由于输入信号和反馈信号较长易引起压降和电干扰，所以采用的是电流模式。比例阀是采用AIos公司生产的DLHZO—TE—04 0—L5 1/F1型伺服比例阀，它接收的输入信号是4到20mA。 图1中，PMAC控制卡通过lSA总线与上位机相连，接在执行机构上的光栅尺等反馈信号通过Acc-8D接口卡，传递位置、速度等信息，经PMAC卡处理，并按微计算机给出的控制要求通过A cc-8D接口卡输出合适的电平信号，经Acc-8D Op—tion4扩大信号控制伺服比例阀，由动力单元提供的动力，经过伺服比例阀的方向控制，来驱动执行机构的工作，从而构成控制闭环。 在闭环控制中，被控液压参数的变化是通过反馈传感器而被连续检测的，因此闭环控制不易受环境干扰。检测最终结果的传感器向PMAC运动控制器传送电信号，PMAC控制器接收此反馈信号与输入电信号进行比较，这两个信号的差值（误差）作用于PlD，改变送给伺服比例阀的指令信号，于是伺服比例阀自动控制调整量，以消除此差值。闭环控制能对被控对象进行持续不断地监视与控制，所以控制均匀稳定，性能优良。 3 系统软件结构 该数控系统软件分为实时控制软件与系统管理软件两部分。实时控制软件的设计充分考虑了软件的开放性，用户可以根据自己的需要增加软件的功能模块，系统管理软件主要实现系统初始化、故障诊断、参数输入以及加程序编辑等。 3.1 PMAC实时控制软件 PMAC实时控制软件包括插补模块、PLO监视模块、加工程序解释模块等。 插补模块包括直线插补与圆弧插补等。该模式对加工轨迹图形进行直接而紧溱的控制。这些基本上都是PMAC卡自身完成的。 PLC监控模块主要是对各轴超限位开关，跟踪误差极限、各种报警信号进行检测，以确保数控系统安全、可靠运行。 加工程序解释模块有G代码解释程序、M代码解释程序组成。这些解释程序在PEWIN32 Pro环境下编辑和调试，并下载到PMAC的固定存储器中，在实际加工时被PMAC自动调用。 3.2系统管理软件 系统管理软件开发过程中最关键问题是如何实现该数控系统的双CPU通信，而要实现双CPU通讯又具有很大的灵活性和技巧性。PMAC卡提供了Pcomm32动态链接库。在利用Pcomm32的基础上，在VB 6.0环境中开发。通过Pcomm32提供库函数完成PMAC与PC机之间的通讯功能，实现系统的初始化、输入、显示等。例如：通过调用Pcomm32中的程序下载函数Pmac Down LoadA，直接将存储在，LPC硬盘上的文件下载到PMAC卡中，Open Pmac Device（）用于与某一个PMAC设备建立通讯关系等。 4 结束语 采用基于工控机的硬件和基于Windows 2000操作系统平台，结合PMAC多轴运动控制器的强大功能，使得液压数控系统的可扩展性和开放性更强，为快速开发液压数控系统提供了一条有效途径，目前该数控系统己在加工车轮毂的旋压机上得到良好的应用。