當(dāng)前,，開放型,、模塊化和集成化已成為數(shù)控技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì),。為此，世界各國都在抓緊研究制訂開放式高性能數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)及其規(guī)范,，并進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā),，如美國的NGC、OMAC項(xiàng)目,、歐洲的OSACA計(jì)劃及日本的OSEC計(jì)劃等。與此同時(shí),，世界上各大數(shù)控生產(chǎn)廠商也紛紛推出了基于開放式,、模塊化和集成化的高性能數(shù)控系統(tǒng)。
　　關(guān)于開放式數(shù)控系統(tǒng)的特征通常認(rèn)為其包括硬件系統(tǒng)的開放性和軟件系統(tǒng)的開放性,，開放的硬件系統(tǒng)由微型機(jī)及模塊化的速度控制單元,、位置控制單元和內(nèi)置的PLC構(gòu)成；開放的軟件系統(tǒng)是指數(shù)控軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模塊化及模塊間的接口標(biāo)準(zhǔn)化,。目前,，開放式數(shù)控系統(tǒng)有3種實(shí)現(xiàn)途徑：一是PC機(jī) 數(shù)控專用模板；二是PC機(jī) 可編程運(yùn)動(dòng)控制器,；三是純PC機(jī)型,。
　　這種基于開放式可編程運(yùn)動(dòng)控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以通用微機(jī)為平臺(tái)，以PC機(jī)標(biāo)準(zhǔn)插件形式的開放式可編程運(yùn)動(dòng)控制器為核心,。通用PC機(jī)負(fù)責(zé)如數(shù)控程序編輯,、人機(jī)界面管理等功能，運(yùn)動(dòng)控制器負(fù)責(zé)機(jī)床（http://www.jc80.com/ypnew_view.asp?id=1139）的運(yùn)動(dòng)控制和邏輯控制,。這種運(yùn)動(dòng)控制器以運(yùn)動(dòng)子程序的方式解釋執(zhí)行數(shù)控程序,，以PLC子程序方式實(shí)現(xiàn)機(jī)床邏輯控制，支持用戶的開發(fā)和擴(kuò)展,，具有上,、下兩級(jí)的開放性。美國DeltaTau公司的PMAC（ProgrammableMultiaxesController）是這種運(yùn)動(dòng)控制器的典型代表,，其擁有自身的CPU,，同時(shí)開放包括通信端口、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)在內(nèi)的大部分地址空間,，具有靈活性好,、功能穩(wěn)定、可共享計(jì)算機(jī)所有資源等特點(diǎn)。雖然國內(nèi)外許多學(xué)者在基于PMAC運(yùn)動(dòng)控制器的開放式數(shù)控系統(tǒng)方面作了大量的研究工作,，但都還處于研究階段,，用于生產(chǎn)或產(chǎn)品化還基本沒有實(shí)現(xiàn)。

1基于PMAC數(shù)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 1.1PMAC軟件的開放性　?。?）支持各種高級(jí)語言,，用戶可以使用VB、VC,、Delphi等在Windows軟件平臺(tái)上定制用戶專用界面,。
　　（2）在數(shù)控語言上對(duì)用戶開放,，不僅支持用戶直接調(diào)用現(xiàn)有的直線,、圓弧、樣條曲線的插補(bǔ)指令,，而且還允許用戶自定義G代碼,、M代碼、D代碼,、S代碼,，實(shí)現(xiàn)以往數(shù)控語言所不能完成的功能。
　?。?）提供內(nèi)裝式軟件化的PLC,，可以編制64個(gè)異步PLC程序，通過一些指針變量,，用戶可以按位,、按字節(jié)進(jìn)行邏輯控制。
　?。?）可共享PC微機(jī)豐富的各類支撐軟件和工具軟件,，方便地與各類網(wǎng)絡(luò)連接，與CAD/CAM系統(tǒng)連接,，便于遠(yuǎn)程診斷,、網(wǎng)絡(luò)制造和制造系統(tǒng)集成控制的實(shí)現(xiàn)。
　　
1.2系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)
　　通過CNC系統(tǒng)應(yīng)用程序編程接口,，開發(fā)CNC系統(tǒng)的用戶界面可以選用各種能夠調(diào)用Windows動(dòng)態(tài)鏈接庫的編程語言,，如VB、VC,、Delphi等,，分別編制不同任務(wù)的前端用戶界面程序，具有很大的靈活性和開放性,。軟件開發(fā)人員通過CNC系統(tǒng)應(yīng)用程序接口的統(tǒng)一支持,，可以方便地構(gòu)造CNC系統(tǒng)的應(yīng)用軟件,，即構(gòu)造前端用戶操作界面。DeltaTau公司提供了Pcomm32應(yīng)用程序通訊驅(qū)動(dòng)器,，它包括了同PMAC通訊的各種方式,，而且將其主要函數(shù)進(jìn)行分類、封裝,，形成一種可根據(jù)用戶需要而調(diào)用的動(dòng)態(tài)鏈接庫,。
　　通過這些函數(shù)可以完成PMAC與PC機(jī)之間的通訊功能，用戶不用直接對(duì)端口進(jìn)行操作就可以完成對(duì)PMAC硬件的操作,，并且程序設(shè)計(jì)靈活,、迅速及可移植性好。如OpenPmacDevice（）函數(shù)用于與某一個(gè)PMAC設(shè)備建立通訊關(guān)系,；PmacGetResponseA（）函數(shù)用于給PMAC發(fā)送指令并返回執(zhí)行結(jié)果,，等等。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如所示,。
　　2舉例在硬件系統(tǒng)方面,，設(shè)計(jì)了一套基于PMAC運(yùn)動(dòng)控制器的五軸數(shù)控系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)，其中3個(gè)移動(dòng)分別由步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng),，光柵尺和編碼器反饋,，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)分別由步進(jìn)電機(jī)經(jīng)蝸輪蝸桿副減速傳動(dòng),，編碼器反饋,。運(yùn)動(dòng)控制器采用PMACPC104八軸卡，上位機(jī)采用工控機(jī)（IPC）,，采用RS232串口通訊,。數(shù)控系統(tǒng)軟件是在Windows2000操作系統(tǒng)下，以VisualBasic60為開發(fā)工具,，采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒?，充分利用PMAC的動(dòng)態(tài)鏈接庫中的函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的基本功能,。系統(tǒng)軟件主界面如所示,。具體實(shí)現(xiàn)的功能包括：人機(jī)接口界面、系統(tǒng)初始化,、坐標(biāo)軸選擇,、手動(dòng)控制、坐標(biāo)位置實(shí)時(shí)顯示,、速度控制及G代碼的編輯,、下載等。

2.1系統(tǒng)初始化
　　系統(tǒng)的初始化在系統(tǒng)軟件運(yùn)行過程中完成,，主要進(jìn)行PMAC的選擇和參數(shù)預(yù)置等功能,。初始化代碼如下：PrivateSubForm_Load（）
DeviceNumber=PmacSelect（hWnd）選擇PMAC卡
If（DeviceNumber<0OrDeviceNumber>7）
Then
End
Else
return_value=OpenPmacDevice（DeviceNumber）啟動(dòng)PMAC卡
If（return_value）
ThenCallPmacGetResponseA（DeviceNumber,，response，255,，"100"）初置電機(jī)速度
CallPmacSendLineA（DeviceNumber,，"1j/2j/3j/4j/5j/1hm2hm3hm　4hm　5hm"）電機(jī)(電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念)閉環(huán)控制并返回零點(diǎn)
Else
End
End
If
EndSub

2.2手動(dòng)控制
　　手動(dòng)控制有軸選擇、各軸的點(diǎn)動(dòng)進(jìn)給,、精確定位,、回零點(diǎn)和電機(jī)速度控制等功能。軸選擇通過一組單選按鈕OptionButton控件實(shí)現(xiàn),，使用Case語句觸發(fā)各選擇,，保證每次只能選擇一個(gè)軸，同時(shí)在手動(dòng)控制框下也可以選擇,，利用ListBox（或ComboBox）實(shí)現(xiàn),，二者是同步的，實(shí)現(xiàn)相同功能,?！　?br /> 2.2精確定位是通過在坐標(biāo)輸入文本框中輸入坐標(biāo)值，控制各軸電機(jī)運(yùn)動(dòng)的距離為給定坐標(biāo)值,，同時(shí)利用反饋來比較,，保證定位的精度。速度控制是通過改變PMAC的I變量來實(shí)現(xiàn)的,。所有手動(dòng)功能都是通過API函數(shù)PmacGetResponseA（DeviceNumber,，response，255,，"string"）來實(shí)現(xiàn),，通過改變string給PMAC發(fā)送不同的指令。其中軸選擇的string為n,，點(diǎn)動(dòng)的string為nj 或nj-,，精確定位的string為nm172->L：＄082B和nj^兩條語句來實(shí)現(xiàn)。
　　
2.3坐標(biāo)位置實(shí)時(shí)顯示這里利用了Tmier定時(shí)器控件,，系統(tǒng)的狀態(tài)以及各種參數(shù)變量都存儲(chǔ)在PMAC內(nèi)存中,，分別用M變量去指向各狀態(tài)的地址，可通過操作M變量進(jìn)行狀態(tài)的讀取和參數(shù)的寫入以及完成I/O口的控制,。
　　
2.4G代碼的編輯,、下載和編譯G代碼就是數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)程序，實(shí)際上也是坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)控制程序,，也就是加工程序,。PMAC的運(yùn)動(dòng)程序語言有它自己的特點(diǎn)，采用類似于BASIC的高級(jí)語言編程,，以調(diào)用子程序的形式支持加工程序的G代碼編程,。
　　PMAC的運(yùn)動(dòng)程序可以通過它的Pwin32終端窗口編寫,，程序送到緩沖區(qū)后，可以在終端窗口鍵入mBnR運(yùn)行程序,，其中m為坐標(biāo)系號(hào),，n為程序號(hào)；如果是在文本編輯器中編寫的程序,，必須將其下載到PMAC中,，然后才能運(yùn)行。由于PMAC內(nèi)存有限,，幾百K以上的大程序不能一次下載運(yùn)行,，這就要用到循環(huán)運(yùn)動(dòng)程序緩沖區(qū)。循環(huán)運(yùn)動(dòng)程序緩沖區(qū)允許在程序執(zhí)行期間對(duì)程序進(jìn)行下載,，并覆蓋已經(jīng)執(zhí)行的程序行,，這就能夠連續(xù)執(zhí)行比PMAC的存儲(chǔ)空間大的程序，并且實(shí)時(shí)下載程序行,。
　　數(shù)控程序中的G代碼和M,、T、D等功能指令由G代碼解釋程序,、M代碼解釋程序,、T代碼解釋程序和D代碼解釋程序分別進(jìn)行解釋。這4個(gè)解釋程序分別以運(yùn)動(dòng)程序PROG1000,、PROG1001,、PROG1002和PROG1003的形式存在，在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)由PMAC可執(zhí)行程序?qū)⑺鼈兿螺d到PMAC的固定內(nèi)存中,，在實(shí)際加工中被PMAC自動(dòng)調(diào)用,。主界面中的調(diào)試按鈕即用于實(shí)現(xiàn)這一功能,，并在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后通知編程者,，其程序代碼為：PrivateSubcmdtest_Click（）CallPmacDownloadA（DeviceNumber，0,，0,，0，CommonDialog1FileName,，True,，True，1,，True）CommonDialog1Filter="LogFile|Log"CommonDialog1FileName=Left（logfile,，Len（logfile）-3）　"log"txtresponseLoadFileCommonDialog1FileNametxtresponseSelStart=Len（txtresponseText）cmdrunEnabled=TrueExitSubEndSubPMAC將G、M,、T,、D代碼作為子程序來調(diào)用,，在解釋程序中，可以針對(duì)特定的機(jī)床定制代碼,。在運(yùn)動(dòng)程序中遇到G代碼時(shí),，將會(huì)調(diào)用解釋程序PROG1000，跳轉(zhuǎn)到解釋代碼行,，如G17將跳轉(zhuǎn)到PROG1000的N17000行,。
　　
2.5PLC功能的實(shí)現(xiàn)PMAC內(nèi)置有PLC控制和編程功能，它是以循環(huán)邏輯順序來執(zhí)行命令,，但它的編程方式不是梯形圖編程,，而是采用類似于BASIC等高級(jí)語言的編程方式，不需要專用編程器,，執(zhí)行速度更快,。
　　PMAC的內(nèi)置PLC與NC共用CPU，利用CPU的余力來發(fā)揮PLC的功能,，所以I/O點(diǎn)數(shù)較少,。通過PLC程序可以完全地對(duì)PMAC變量和I/O進(jìn)行操作，并且它具有非同步的特性,，因此它能有力地協(xié)助運(yùn)動(dòng)控制程序完成任務(wù),。
　　
3結(jié)束語　　開放式數(shù)控系統(tǒng)（ONC）是目前數(shù)控發(fā)展的趨勢(shì)，而PC機(jī) 可編程運(yùn)動(dòng)控制器型開放式數(shù)控系統(tǒng)是發(fā)展的主流,。筆者開發(fā)的基于PMAC的五軸數(shù)控系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái),，結(jié)構(gòu)簡單，數(shù)控系統(tǒng)軟件運(yùn)行良好,，用戶可根據(jù)自己的需要進(jìn)一步開發(fā),，真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的開放性，達(dá)到了開放式數(shù)控系統(tǒng)的要求,。