基于光纤伺服总线的开放式数控系统

　　目前，开放式数控系统主要有3种结构形式：PC+NC，PC+运动控制卡，全软件数控系统。其中，全软件数控系统是一种新型的数控系统，它充分利用PC机强大的计算速度，来实现包括插补、伺服和PLC等功能在内的所自．数控功能，这种结构彤式具有下列特点：

　　(1)使用实时操作系统和Windows、Linttx等操作系统；

　　(2)由于简化了硬件结构，大大降低了成本；

　　(3)由于使用多任务操作系统，可实现控制系统的多功能化；

　　(4)容易实现PLC软件和其他装置的控制软件的集成；

　　(5)随着PC技术的发展，控制性能会小断提高。且不需额外的费用。上海开通数控有限公司的KT600数控系统足基于PC、采用美国SoftServo公司ServoWorks软件平台和光纤伺服总线的开放式伞软件数控系统。

1 硬件结构

　　KT600 开放式数控系统硬件结构如图1所示，整个系统包括适配板、接口模块、嵌入式PC主机和12.1”彩色液晶显示等几个部分，各部分的详细描述如下：

KT600 开放式数控系统硬件结构 

　　1.1 光纤通讯适配板

　　这是连接嵌入式计算机和控制接口的桥梁。通过此适配板把电信号变为光信号，通过光纤与通用伺服、VO模块进行数据传输，抗十扰性能好，连线少而简单。光纤通讯适配板钉FP-80、FP-95和FP-104三种类型，FP-80适用于和PC机的ISA接口连接，FP-95适用于和PC机的PCI接U连接，而FP-104适用于和PC机的PCI04接门连接。这3种光纤通讯适配板除了与PC机连接接口不同外，其余功能完全相ILd。PC机通过ISA／PCI／I，C104接U与适配板上的FPGA进行数据转换，按照VersionBUS数据传输协议，通过光纤通讯适配板的两个光纤接口，用两根光纤分别与DC-150通用伺服接门模块和IM-300 I／O扩展模块进行通讯。适配板还提供了32点通用的I／O，再加一个手持式手轮控制盒接几，可用于机床操作而板。

　　1.2 DC-150通用伺服接口模块

　　DC-150通用伺服接口模块可对4个轴进行闭环控制，通过光缆把四个DC-150串连起来，最多可以进行16轴的运动控制。每个模块上还有32个带光电隔离的通用I／O，8个可定义的12位模拟量输入。还带钉光电隔离的每个轴的正反向行程限位和同零开关输入。DC-150通用伺服接口模块的结构框图如图2所示。

　　1.3 IM-300扩展模块

　　IM-300 I／O扩展模块(图3)是一个带接线端子和LED灯的32点输入、32点输出通用I／0模块，通过光缆与FP-80／FP-95／FP-104光纤通讯适配板连接。可通过光纤把叫个IM-1200串联在一起，就叮提供额外的256点I／O(加上4个DC-120，整个KT600数控系统最多可达416个I／O点)。[page]

　　KT600开放式数控系统软件结构足基于美国SoftServo公司全软件开放结构ServoWorks数控系统软件平台和实时光纤数字伺服总线的开放结构数控系统。

　　serWoworks软件可以分为两个层次，一层是实现运动控制和PLC控制的实时控制软件，它运行在操作系统的实时扩展卒问RTX或者RT Linux中；一层足满足不同工业应用需求的应用软件，它运行在通用操作系统Windows或者Linux的用户空间巾。实时控制软件和应用软件通过servoworks API进行通信。ServoWorks的总体软件结构如图3所示。

　　2.1 实时控制软件

　　ServoWorks实时控制软件主要包含3个模块：运动控制引擎CNC、G代码解释器和逻辑控制引擎PLC。这些实时软件模块为上层的应用软件／用户程序提供了一致的应用编程接口API(ApplicationProgramming Inteface)，上层的应用软件通过这些API与实时控制模块协调工作，共吲完成控制任务。

　　运动控制引擎是一个高性能运动控制的实时软件模块，执行所有的运动控制功能，包括NC路径的生成、插补、加速／减速、位置控制、补偿和速度平滑等，它的结构如图4所示。

　　运动解释器是一个实时的G代码处理软件模块，包括16轴控制所需的扩充G代码。它有一个环形缓冲器，提供高速程序段处理功能。每秒可处理l1000个程序段。它支持选择程序段跳过和子程序调用功能，能够辨别机床、工件及本地坐标系，含有基本的STM功能。

　　逻辑控制引擎足一个实时的软件PLC模块，可控制416个光隔离输入输出点，可执行与FANUC数控系统兼容的梯形图逻辑。它的标准扫描时间为5ms，用户也可自定义。它提供38种功能指令及12种基本指令。

　　这3个实时模块小仅可以集成在一起运行，而且可以根据需要灵活的加载。根据具体的需要，可以只加载运动引擎，或者只加载运动引擎和运动解释器，或者全部加载。

　　2.2 基本应用软件

　　servoworks提供了大量的应用软件，用户可以根据自己的需婴灵活选用。这些应用软件包括PLC应片j套件、MotionLite、MC—Quad、Motion Pro等。

　　PLC应用套件包括PLC引擎，提供程序编辑和编译功能的PLC控制台应用(Win32)，具有PLC梯形图监控／调试的PLC监视器／调试器等应用程序。用户使用这些工具可以很方便地编制、调试和发布自己的PLC应用程序。

　　MotionLite是基于Win32的控制系统安装调试：具，可用于系统的参数没置、系统配置、测试和伺服调整。它提供JOG方式、位置方式(4轴直线插补)、手轮方式和程序段缓冲方式等多种操作模式，可以通过方波或正弦波形式财系统进行速度频率、速度阶跃和位置频率、位置阶跃响应的测试。它呵以对位置和I／O信号进行实时监控，也可以对实际位置、程序位置、位置误差和速度的数据进行采样和绘图。它叮以显爪电动机参数和伺服佗置环参数。

　　MC—Quad是一个完整的4轴通用运动控制应用软件(没有卡轴控制)，支持ServoWorks的G代码解释器，能自动执行G代码加T程序；提供全屏幕、单窗口、操作方便的人机界面；能显尔位置、图形、I／O状态、伺服状态、NC状态和运动临控；可用于冲床、激光切割机床和焊接机器等。

　　Motion Pro是一个完整的16轴通用运动控制应用软件，用于系统配置、参数设置、测试和伺服调整；支持ServoWorks的G代码解释器，能自动执行G代码加工程序；可对运动、I／O和PLC状态进行实时监控。它有丰富的系统调试工具软件，包括可自动运行和于动交瓦运行的PID调节，系统性能的动态可视化的数据采样及绘图工具(包括实时仿真)。

3 KT600数控系统的应用

　　KT600数控系统是属于中高档的数控系统，它最多可控制16个轴，可预处理1 000个NC程序段，并且可以根据相应的进给速度自动凋整加减速控制，以达到平滑控制，保证零件加工过程的快速性、连续性和平稳性。

　　KT600数控系统具有良好的开放性和完善的功能。现在已配套用于各种数控机床，如：KT600-M数控系统已应用于上海富安工厂自动化有限公司的数控铣床；KT600-M数控系统应用于上海宝业自动化有限公司的数控切割机，KT600-B数控系统已应用于上海冲剪机床厂的机械电子数控折弯机，日前均已投入生产使用，运行稳定，工作情况良好。