段智敏 徐曉龍

(沈陽理工大學機械工程學院，遼寧沈陽 110159)

開放式數(shù)控系統(tǒng)因其具有模塊化、標準化、可移植性、二次開發(fā)性和網絡化等特點，已經成為數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。開放式數(shù)控系統(tǒng)能夠在多種平臺上運行，可以和其他系統(tǒng)互操作，并能給用戶提供一種統(tǒng)一風格的用戶交互界面。通俗地說，開放式數(shù)控系統(tǒng)允許用戶根據自己的需要進行選配和集成，更改或擴展系統(tǒng)的功能從而適應不同的應用需求。而且，組成系統(tǒng)的各部件可以來源于不同的供應商，并且相互兼容。

目前，開放式數(shù)控系統(tǒng)使用的運動控制器通常以PC硬件插件(運動控制卡)的形式與PC構成硬件平臺，系統(tǒng)基于PC總線形式。但這種形式無法適應未來計算機技術的發(fā)展以及硬件的標準化。

本文介紹了一種基于ACR9000獨立式運動控制器的開放式數(shù)控銑削實驗平臺。該系統(tǒng)硬件平臺由PC、ACR9000運動控制器以及CYCLONE交流伺服系統(tǒng)構成，并以Windows為軟件開發(fā)平臺，MFC為編程語言，開發(fā)上位機程序。

1 系統(tǒng)軟件平臺總體設計

MFC是微軟提供的基礎類庫，以C++類的形式封裝了Windows API函數(shù)。MFC編程語言具有良好的可視化界面，減少了應用程序開發(fā)人員的工作量，縮短了開發(fā)周期。

模塊化是數(shù)控系統(tǒng)開放的基礎。基于模塊化的設計理念，將系統(tǒng)軟件平臺進行功能細分，按照功能的不同各自獨立成功能模塊。根據各功能模塊具體實現(xiàn)的功能，設計出成員變量和成員函數(shù)(即屬性和方法)。基于面向對象的思想將抽象出的成員變量和成員函數(shù)封裝成特定的類，在應用程序中，通過類的實例化即可實現(xiàn)特定功能。同時，如果需要對現(xiàn)有系統(tǒng)進行功能的完善或擴充，只需修改現(xiàn)有的類或構造出新的類，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的可升級性和可擴展性。

系統(tǒng)軟件平臺主要實現(xiàn)以下幾個功能:控制器通訊、JOG運動、X軸Y軸聯(lián)動、位置信息讀取、插補運動以及數(shù)控編程等功能。上位機界面如圖1所示。

2 上位機與控制器接口設計

ACR9000是美國Parker公司最先進的獨立式運動控制器，可控制1到8軸(步進或伺服)。具有便利的接口形式和高性能的通訊能力，如10/100 M以太網或USB2.0高速通訊等。ACR9000過人之處在于他能夠與不同品牌的PC和PLC進行接口，功能強大的高速DSP(150/75 MHz，32位浮點)使 ACR9000完全勝任多任務伺服控制。本系統(tǒng)使用的控制器型號為P1U2M0，可控制X軸和Y軸運動。

ACR9000運動控制器提供COM庫供我們開發(fā)上位機程序(GUI)。該庫名稱為 ComACRServer.tlb，是一個32位OLE自動化(COM)服務器，支持C++、VB6、C#、VB.NET等開發(fā)語言，庫中的200多個函數(shù)涵蓋了ACR9000的全部主要功能。COM庫中提供的接口函數(shù)可以分為以下4類:

IStatus:用于讀取控制器中的參數(shù)和狀態(tài)等。

IControl:用于對控制器進行一些控制操作，實現(xiàn)參數(shù)和狀態(tài)位的寫入等。

ITerminal:用于與控制器之間實現(xiàn)字符串的通訊。

IUtility:實現(xiàn)控制器程序的下載等。

本系統(tǒng)采用Import將COM庫加載到應用程序中，通過AfxOleInit函數(shù)對COM庫初始化。同時，根究任務的需要選擇所需的接口類，利用智能指針定義接口對象，智能指針可使接口對象的創(chuàng)建工作更加簡單，而且它提供了自動銷毀生成的COM對象機制。最后對定義的接口對象按照COM的方式做一些初始化工作。部分代碼如下:

3 系統(tǒng)功能模塊設計

3.1 控制器通訊模塊

通訊模塊主要功能是將上位機界面與控制器連接，從而實現(xiàn)上位機與控制器的信息傳遞和指令發(fā)送。本系統(tǒng)中上位機與控制器是通過以太網進行連接，因此在通訊之前要設置IP地址，必須確保主機IP地址與ACR9000設在一個網段中(控制器的默認IP為192.168.10.40)，同時根據上位機與控制器的物理層連接方式，確定連接函數(shù)的參數(shù)。在界面中添加連接按鈕，并在連接按鈕的響應函數(shù)內調用COM庫中Connect函數(shù)，即可實現(xiàn)通訊連接。同理，在斷開按鈕的響應函數(shù)內調用Disconnect函數(shù)，可將上位機與控制器的連接斷開。部分主要代碼如下:

3.2 位置信息讀取模塊

該模塊用于讀取控制器中各軸的當前位置、實際位置和跟隨誤差等信息?；赩C定時器技術，在通訊模塊內設定定時器時間間隔，并觸法定時器工作。同時，在響應函數(shù) OnTimer內，添加了自定義函數(shù)readParem，用于讀取控制器信息。參數(shù)讀取需調用IStatus接口中的GetACRCustom函數(shù)，通過向控制器發(fā)送查詢字符串來獲取所需的控制器內部信息。部分代碼如下:

3.3 X軸Y軸聯(lián)動模塊

在X軸Y軸聯(lián)動模塊中，通過對運動模式的選擇以及雙軸聯(lián)動速度和各軸位置的設置，實現(xiàn)手動控制電動機運動。電動機運動控制需調用IControl接口中的Move函數(shù)。基于ACR－View配置時各軸所屬坐標系情況，用nMoveProfile屬性指定Move函數(shù)所作用的坐標系。在電動機運動的過程中，通過觸發(fā)ACR9000控制器內部指定的BIT位，可以控制運動的暫停與繼續(xù)，類似于機床的進給保持功能。部分代碼如下:

3.4 插補運動模塊

插補運動模塊可實現(xiàn)逐點比較法直線插補、逐點比較法圓弧插補、數(shù)字積分法直線插補以及數(shù)字積分法圓弧插補，如圖2所示?；诓逖a算法及相關參數(shù)的設置，可實現(xiàn)插補運動仿真，圖3所示為DDA圓弧插補仿真實例。在伺服驅動器的位置控制模式下，通過上位機對控制器的脈沖及方向控制，可實現(xiàn)電動機的插補運動，插補功能主要流程如圖4所示。

以DDA圓弧插補為例，部分代碼如下:

3.5 數(shù)控編程模塊

數(shù)控編程模塊可以實現(xiàn)數(shù)控指令的輸入、修改、插入和刪除。圖5所示為數(shù)控編程界面，并根據數(shù)控程序實現(xiàn)加工軌跡仿真和電動機控制，如圖6所示。

數(shù)控模塊的核心在于數(shù)控代碼的轉換，而代碼轉化的重點在于對數(shù)控指令的信息提取與保存。本系統(tǒng)對數(shù)控指令的信息提取是通過構造函數(shù)實現(xiàn)的，根據提取信息的不同構造出不同的成員函數(shù)，這樣既解決了信息提取問題，又為系統(tǒng)升級提供便利。將提取好的信息保存在動態(tài)數(shù)組中，這不僅保存了數(shù)控指令中的數(shù)據信息，又為查詢上一數(shù)控指令行中的所需數(shù)據提供便利。在ACR9000運動控制器自帶的ACROBasic語言中可以找出與數(shù)控指令功能相同的指令，如MOV 與 G01、CIRCW 與 G02、CTRCCW 與 G03、M02 與ENDP等?；谶@種對應關系，可將數(shù)控指令轉換成ACROBasic指令。然后將轉換好的指令保存在文本文檔內，并發(fā)送至控制器中。最后，通過觸發(fā)控制器內部的BIT位實現(xiàn)程序讀取，進而控制電動機運轉。部分代碼如下:

4 結語

本文介紹了系統(tǒng)軟件平臺的構建方式以及各功能模塊的具體實現(xiàn)，充分利用ACR9000運動控制器所提供的COM庫和設備自帶的ACROBasic語言，實現(xiàn)了上位機通訊、電機控制、代碼解釋等功能。

本系統(tǒng)已調試成功，各模塊運行狀況良好，滿足實驗要求，該系統(tǒng)將應用于我校機電控制實驗室的教學實驗中。下一步會根據教學需要進一步完善和提升軟件系統(tǒng)功能。

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