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。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)平臺的標(biāo)準(zhǔn)及其規(guī)范,，并進行相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)，如美國的NGC,、OMAC項目,、歐洲的OSACA計劃及日本的OSEC計劃等。與此同時,，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種實現(xiàn)途徑：一是PC機 數(shù)控專用模板；二是PC機 可編程運動控制器,；三是純PC機型,。
　　這種基于開放式可編程運動控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以通用微機為平臺，以PC機標(biāo)準(zhǔn)插件形式的開放式可編程運動控制器為核心,。通用PC機負(fù)責(zé)如數(shù)控程序編輯,、人機界面管理等功能,，運動控制器負(fù)責(zé)機床（http://www.jc80.com/ypnew_view.asp?id=1139）的運動控制和邏輯控制。這種運動控制器以運動子程序的方式解釋執(zhí)行數(shù)控程序,，以PLC子程序方式實現(xiàn)機床邏輯控制,，支持用戶的開發(fā)和擴展，具有上,、下兩級的開放性,。美國DeltaTau公司的PMAC（ProgrammableMultiaxesController）是這種運動控制器的典型代表，其擁有自身的CPU,，同時開放包括通信端口,、存儲結(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、可共享計算機所有資源等特點,。雖然國內(nèi)外許多學(xué)者在基于PMAC運動控制器的開放式數(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)品化還基本沒有實現(xiàn),。

1基于PMAC數(shù)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計 1.1PMAC軟件的開放性　?。?）支持各種高級語言，用戶可以使用VB,、VC,、Delphi等在Windows軟件平臺上定制用戶專用界面。
　?。?）在數(shù)控語言上對用戶開放,，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個異步PLC程序,，通過一些指針變量,，用戶可以按位、按字節(jié)進行邏輯控制,。
　?。?）可共享PC微機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)動器,，它包括了同PMAC通訊的各種方式，而且將其主要函數(shù)進行分類,、封裝,，形成一種可根據(jù)用戶需要而調(diào)用的動態(tài)鏈接庫。
　　通過這些函數(shù)可以完成PMAC與PC機之間的通訊功能,，用戶不用直接對端口進行操作就可以完成對PMAC硬件的操作,，并且程序設(shè)計靈活、迅速及可移植性好,。如OpenPmacDevice（）函數(shù)用于與某一個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)計了一套基于PMAC運動控制器的五軸數(shù)控系統(tǒng)試驗平臺,，其中3個移動分別由步進電機直接驅(qū)動,，光柵尺和編碼器反饋，兩個轉(zhuǎn)動分別由步進電機經(jīng)蝸輪蝸桿副減速傳動,，編碼器反饋,。運動控制器采用PMACPC104八軸卡，上位機采用工控機（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的動態(tài)鏈接庫中的函數(shù),，實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的基本功能。系統(tǒng)軟件主界面如所示,。具體實現(xiàn)的功能包括：人機接口界面,、系統(tǒng)初始化、坐標(biāo)軸選擇,、手動控制,、坐標(biāo)位置實時顯示、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)軟件運行過程中完成，主要進行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PMAC卡
If（return_value）
ThenCallPmacGetResponseA（DeviceNumber,，response，255,，"100"）初置電機速度
CallPmacSendLineA（DeviceNumber,，"1j/2j/3j/4j/5j/1hm2hm3hm　4hm　5hm"）電機(電機控制系統(tǒng)的設(shè)計理念)閉環(huán)控制并返回零點
Else
End
End
If
EndSub

2.2手動控制
　　手動控制有軸選擇、各軸的點動進給,、精確定位、回零點和電機速度控制等功能,。軸選擇通過一組單選按鈕OptionButton控件實現(xiàn),，使用Case語句觸發(fā)各選擇，保證每次只能選擇一個軸,，同時在手動控制框下也可以選擇,，利用ListBox（或ComboBox）實現(xiàn)，二者是同步的,，實現(xiàn)相同功能,。　　
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,，控制各軸電機運動的距離為給定坐標(biāo)值,，同時利用反饋來比較，保證定位的精度,。速度控制是通過改變PMAC的I變量來實現(xiàn)的,。所有手動功能都是通過API函數(shù)PmacGetResponseA（DeviceNumber，response,，255,，"string"）來實現(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,，點動的string為nj 或nj-,，精確定位的string為nm172->L：＄082B和nj^兩條語句來實現(xiàn)。
　　
2.3坐標(biāo)位置實時顯示這里利用了Tmier定時器控件,，系統(tǒng)的狀態(tài)以及各種參數(shù)變量都存儲在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)的運動程序，實際上也是坐標(biāo)軸的運動控制程序,，也就是加工程序,。PMAC的運動程序語言有它自己的特點，采用類似于BASIC的高級語言編程,，以調(diào)用子程序的形式支持加工程序的G代碼編程,。
　　PMAC的運動程序可以通過它的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運行程序,，其中m為坐標(biāo)系號，n為程序號,；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行，這就要用到循環(huán)運動程序緩沖區(qū),。循環(huán)運動程序緩沖區(qū)允許在程序執(zhí)行期間對程序進行下載,，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的存儲空間大的程序,，并且實時下載程序行,。
　　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行解釋,。這4個解釋程序分別以運動程序PROG1000,、PROG1001、PROG1002和PROG1003的形式存在,，在系統(tǒng)調(diào)試時由PMAC可執(zhí)行程序?qū)⑺鼈兿螺d到PMAC的固定內(nèi)存中,，在實際加工中被PMAC自動調(diào)用。主界面中的調(diào)試按鈕即用于實現(xiàn)這一功能,，并在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)錯誤后通知編程者,，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，可以針對特定的機床定制代碼,。在運動程序中遇到G代碼時,，將會調(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點數(shù)較少。通過PLC程序可以完全地對PMAC變量和I/O進行操作,，并且它具有非同步的特性,，因此它能有力地協(xié)助運動控制程序完成任務(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,，而PC機 可編程運動控制器型開放式數(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)試驗平臺，結(jié)構(gòu)簡單,，數(shù)控系統(tǒng)軟件運行良好,，用戶可根據(jù)自己的需要進一步開發(fā)，真正實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的開放性,，達到了開放式數(shù)控系統(tǒng)的要求,。