基于PMAC的两轴数控试验台控制系统硬件设计

摘 要

开放式数控系统已经成为现代数控系统的发展趋势，技术体系由封闭走向开放，将对数控技术的发展产生深远的影响。相对于传统的数控系统，开放式数控系统在构建体系和具体实现技术上都有很大差异。本文对开放式数控系统的构建体系进行了理论研究，并结合基于PMAC的开放式数控系统的实际开发经验，提出了具体的构架方案和实现技术。本文的研究目标定位在建立一个开放结构数控平台上。

本文通过对国内外开放式数控系统的研究，分析比较了几种开放式数控系统的开放途径和体系结构，最终确定采用“NC嵌入PC”的方式来构造该数控平台。本文把PMAC运动控制器嵌入到工业控制机(IPC)平台，再配上交流伺服电机、伺服驱动器、编码器等，构成一个模块化的数控系统。研究的内容分为硬件和软件平台规划。在对平台进行设计的过程中，通过计算，选择了电气驱动部件，包括交流伺服电机和与之匹配的伺服驱动器;应用PMAC的G代码解释程序、M代码解释程序和T代码解释程序编写典型运动部件运动程序，实现了运动部件的直线、圆弧等动作。

关键词：数控系统,数控平台,PMAC,运动控制器

目 录

第1章 绪 论 1

1.1 课题的提出及其研究意义 1

1.2 数控技术的发展过程 1

1.3数控系统开放体系结构的研究进展 3

1.3.1 开放体系结构的产生背景 3

1.3.2 开放式数控系统的特性 6

1.4 课题研究的主要内容 6

第2章 运动控制卡 8

2.1 引言 8

2.2 运动控制技术概述 8

2.3 现代运动控制系统的基本构成 10

2.3.1现代的运动控制技术(与传统的相比)的特征 10

2.3.2运动控制器的特点 11

2.4 PMAC运动控制器功能介绍 11

2.4.1 PMAC控制器的全面开放性 11

2.4.2 PMAC控制器的独特性能 12

2.4.3 PMAC主要技术指标 13

2.4.4运动控制器安全性 14

2.5 PMAC卡的通讯模式 15

2.5.1 上位机部分 15

2.5.2 下位机部分 15

2.5.3 双端口RAM (DPRAM)通讯 16

2.5.4 总线通讯方式 17

2.6 下位机软件运行机理 18

2.6.1 主要功能的具体实现 18

2.6.2 下位机通讯驱动程序工作原理 18

2.7 上位机用户应用程序 19

2.8 运动控制器在开放式数控平台上的设计过程 20

2.9 本章小结 21

第3章 基于PMAC的开放式数控系统的构建 22

3.1 引言 22

3.2 开放式数控平台的硬件部分 22

3.2.1 工业控制机 22

3.2.2 X-Y数控工作台 23

3.2.3 交流伺服驱动系统 23

3.2.4 反馈系统 23

3.2.5 编码器 24

3.3 PMAC2A-PC/104控制器的结构框图 24

3.4 基于PMAC控制器数控系统的构成 24

3.5 PMAC的参数设置与程序设计 25

3.6 PMAC与主机的连接 26

3.6.1 总线连接 26

3.6.2 串行口连接 27

3.6.3 建立主机通讯 27

3.7 PMAC与系统的连接 27

3.7.1 主接口 28

3.7.2 连接模拟电源 29

3.7.3 连接增量编码器 29

3.7.4 连接驱动器 29

3.7.5 辅助连接 29

3.8 典型机械电气部件设计 30

3.8.1 滚珠丝杠副的计算 30

3.8.2 伺服电机的选择计算 32

3.9 本章小结 34

第4章 数控平台的主要界面和应用程序 35

4.1 主要操作界面 35

4.1.1 程序编辑界面 35

4.1.2 电机位置显示界面 36

4.1.3 系统参数配置界面 36

4.1.4 终端显示界面 37

4.1.5代码转换界面 37

4.1.6 全局状态界面 38

4.1.7 电机总状态界面 38

4.1.8 点动模式界面 39

4.1.9 选择连接界面 39

4.2 PLC程序应用程序 40

4.3 控制系统运动程序 41

4.3.1 PMAC的变量 41

4.3.2 G 代码解释程序 42

4.3.3 试验台直线、圆弧插补程序 43

4.3.4 开机回零程序 44

4.4 本章小结 45

第5章 结论与展望 46

参考文献 47

致 谢 49

附 录Ⅰ 50

附 图Ⅱ 51