基于运动控制器的开放式数控系统

基于运动控制器的开放式数控系统　陈婵娟，张航伟　（陕西科技大学机电工程学院，陕西咸阳７１２０８１）　Ｏｐｅｎ　ＮＣ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｍｏｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ＣＨＥＮ　Ｃｈａｒｔ—ｊｕａｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｈａｎｇ—ｗｅｉ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　Ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．　Ｘｉａｎｙａｎｇ　７１２０８１．Ｃｈｉｎａ）　摘要：给出了采用固高ＧＴ４００一ＳＶ运动控制　器构建“ＰＣ＋运动控制器”型开放式数控系统的硬　件平台，对开放式数控系统的软件功能进行划分，给　出了数控代码在系统中的处理流程，主要论述了预　如何根据生产工艺的变化、设备功能的改进等定制　合适的控制系统就已成为很多人关注的问题，而基　于运动控制器的开放式数控系统，为不同的控制要　求提供了一个应用平台，通过分析控制对象的具体　要求，规划相应的控制功能，对运动控制器进行二次　开发，就可以构建一个经济实用的控制系统。因此，　掌握开放式数控系统的构建方法具有非常重要的现　实意义。　处理模块中，差错解释模块采用Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ中　Ｔｒａｎｓｌａｔｅ单元的实现方法及编译结果，采用关系数　据库存放的构建方法扣过程。　关键词：开放式数控系统；运动控制器；数据预　处理；Ｇ代码解释；关系数据库　中图分类号：ＴＰ２７３．５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—２２５７（２００７）０１—００４６—０３　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｏｆ　ｏｐｅｎ　ＮＣ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅ　ｏｆ“ＰＣ　一　Ｍｏｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ”ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｍａｄｅ　ｂｙ　Ｇｕｇａｏ　Ｌｔｄ．　Ｃｏ．，ｃａｔｅｇｏｒｉｚｅｄ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｏｆ　ｏｐｅｎ　１　系统硬件构成　采用固高ＧＴ４００一ＳＶ系列运动控制器构建的　“ＰＣ＋运动控制器”型开放式数控系统如图１所　示［１］。ＧＴ４００一ＳＶ可以同时控制４个运动轴，其核　　：ＧＴ４００一ｓＶ运动控制器　：；　执行单元　：　：　ＮＣ　ｓｙｓｔｅｍ，ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｏｆ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ＮＣ　ｃｏｄｅ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｉｍｐｌｅｍｅｎ－　ｉｒｎｇ　ｃｈｅｃｋｉｎｇ　ａｎｄ　ｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎ　ｍｏｄｕｌｅ　ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏ—　ｄｕｃｅ　Ｔｒａｎｓｌａｔｅ　ｕｎｉｔ　ｕｓｉｎｇ　Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ。ａｎｄ　ｄｉｓ－　ｃｕｓｓｅｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｓｔｏｒｉｎｇ　ｄａｔａ　ａｆｔｅｒ　……．●Ｌ…～………：　图１系统硬件构成　ｃｈｅｃｋｉｎｇ　ｗｈｉｃｈ　ｕｓｅｄ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｄａｔａｂａｓｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｏｐｅｎ　ＮＣ　ｓｙｓｔｅｍ；ｍｏｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ—　心由ＡＤＳＰ２１８１数字信号处理器和ＦＰＧＡ组成，提　供标准ＰＣＩ总线，ＲＳ２３２串行通讯和ＰＣ１０４通讯接　口［２］。系统以ＩＰＣ为主机，通过接口向运动控制器　发出运动控制指令，并通过该接口获取运动控制器　的当前状态和相关控制参数。运动控制器实现轨迹　ｌｅｒ，ｄａｔａ　ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｄｅｃｏｄｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｇ　ｃｏｄｅ；ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｄａｔａｂａｓｅ　规划、位置控制、主机命令处理和控制器ｌ／Ｏ管理。　Ｏ　引言　随着市场经济的不断发展，产品的更新换代周　运动控制器与伺服驱动系统通过转接板连接，并通　过编码器接口，获得运动位置反馈信息，通过４路模　拟电压输出（或脉冲输出）接口控制伺服电机实现系　统要求的运动。　“运动控制器＋ＰＣ”的主从式结构，确保了运动　《机械与电子）２００７（１）　期越来越短，对生产设备的柔性要求也就越来越高。　收稿日期：２００６—０８—２５　基金顷目：陕西省教育厅专项基金项目资助（０５ＪＫ１４２）　・　４６　・　维普资讯 http://www.cqvip.com

控制指令在运动控制器内高速、实时地被执行。这　种控制系统将ＰＣ机的信息处理能力与运动控制器　的运动轨迹控制能力有机地结合在一起，其开放程　度高，运动轨迹控制准确，开发周期短，并且价格便　宜。　首先，读人数控代码，进行查错解释；接着，将查　错解释后的数据存人数据库，再由数据预处理单元　从建立好的数据库中渎取查错解释的结果，并进行　相应的处理；之后，再将数据预处理的结果返回给数　据库；最后，由运动控制模块渎取数据库中的数据，　２　系统软件功能划分　调用运动控制器动态链接库中的指令函数。这里由　于篇幅所限，下面主要对查错解释数据库单元进行　介绍。　３．１查错与解释　３．１．１　代码查错　代码查错由Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ中Ｔｒａｎｓｌａｔｅ［６　单元　来实现。在查错解释过程中，主要考虑出错的可能　性有：大小写拼写错误；数控程序中出现非法字符；　在同一段数控程序中同一组模态代码重用；指令后　续参数个数不匹配；参数值超出范围的出错处理；程　序格式出错（即用户可能忘记标程序号或段号）等。　由于数控代码中出错的类型不同，出错所带来　的影响也不同，所以将程序中可能出现的错误分为　２类。　ａ．警告级别的编写错误。如数控程序中没有程　序号、某一段的前面没有段号、指令后续参数个数不　匹配等。针对这类错误，编写处理程序为：　ＳｈｏｗＭｅｓｓａｇｅ（“Ｗａｒｎｉｎｇ２：此程序段没有指定　段号！”）；　ＳｈｏｗＭｅｓｓａｇｅ（“Ｗａｒｎｉｎｇｌ：此程序没有指定程　序号！”）；　ｂ．出错退出型的编写错误。如出现不可识别的　字符、指令后续参数值超出范围、以及在同一段数控　程序中同一组模态代码重用。针对这类错误，编写　处理程序为：　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－－￣ＭｅｓｓａｇｅＢｏｘＡ（“不可识别的Ｇ　３预处理模块的构建　代码！”，“报警２”，１６）；　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－－＞ＭｅｓｓａｇｅＢｏｘＡ（“此段程序无有　效功能代码！，，，“报警４”，１６）；　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－－＞ＭｅｓｓａｇｅＢｏｘＡ（“同一组模态代　码重用！”，“报警１”，１６）；　３．１．２代码解释　苣Ｉ两竺　译里　霸　剥ｌｉｌ　Ｉｌ　羹姜　ｌＩｌ　蒺ｌ　指令　代码解释同样由Ｔｒａｎｓｌａｔｅ单元来实现。解释　模块的任务是将数控代码解释成运动控制器能够执　行的代码。数控代码主要有：准备功能Ｇ；坐标字　Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｒ；进给功能Ｆ；主轴变速Ｓ；刀　图２数控程序预处理过程　具功能Ｔ；辅助功能Ｍ。　《机械与电子￣２００７（１）　・４７・　维普资讯 http://www.cqvip.com

考虑到数控代码的特殊性，即每一段程序中出　现的同组代码不能重用，因此定义ＣｏｄｅＰｒｏｃｅｓｓ结　构体类型的变量。仅保存此代码出现的无符号整数　形数据Ｌｉｎｅｓ（即段号）和双精度实数型数据Ｃｏｄｅ—　Ｄａｔａ（即代码的类别）。　ｔｙｐｅｄｅｆ　ｓｔｒｕｅｔ　／／定义结构类型表示代码的　模态　｛ｉｎｔ　Ｌｉｎｅｓ；　／／此变量用于程序段号的保存　ｄｏｕｂｌｅ　ＣｏｄｅＤａｔａ；　／／此变量用于字母后数字　的保存　）ＣｏｄｅＰｒｏｅｅｓｓ；　／／结构说明符ＣｏｄｅＰｒｏｅｅｓｓ　按Ｇ代码组别和Ｍ代码组别，声明外部结构　体变量ＧＡ—ＧＩ，ＭＡ—ＭＣ，Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｒ，Ｆ，Ｐ，　Ｔ和Ｓ。这种解释方法极大地方便了后续代码执　行、数控程序仿真和数据预处理等程序的编制。　３．２数据库　在数控代码解释之后，字母和数据剥离，解释的　结果存放在结构体变量中，并以段号作为索引值，来　区别保存的是哪一段的解释结果。　为了高效地实现数控代码的选段执行、单段执　行和连续执行等加工及仿真功能，在解释时将数据　记录保存下来。当代码执行时，只须调用解释阶段　保存的数据即可。为此，利用Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ６．０中　的数据库功能，建立名为ＭｙＤａｔａｂａｓｅ的数据库，并　建立名为Ｔａｂｌｅ的表来存放数控代码解释的结果。　过程如下　］。　ａ．用Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ中的ＢＤＥ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｏｒ工　具软件建立数据库。在ＢＤＥ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｏｒ左边的　浏览窗口中建立数据库的别名，更改数据库所在的　目录，其它选项为默认值。这样就可以建立名为　ＭｙＤａｔａＢａｓｅ的数据库。　ｂ．使用Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ自带的数据库应用程序　Ｄａｔａｂａｓｅ　Ｄｅｓｋｔｏｐ，建立数据库的表。利用Ｄａｔａ－　ｂａｓｅ　Ｄｅｓｋｔｏｐ主菜单中文件新建可选择，新建文件　的类型为Ｔａｂｌｅ。可以在新建表界面中创建新的字　段，指定字段名、字段类型和字段宽度，并标记该字　段是否为索引。这样就建立好了保存数控程序结果　的空表。Ｔａｂｌｅ表用来存放ＧＡ—ＧＩ，ＭＡ—ＭＣ，Ｘ，　Ｙ，Ｚ，Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｒ，Ｆ，Ｓ，Ｐ，Ｈ和Ｔ字母后所带的数据　及此数据出现的行号。如某段数控代码Ｎ０１　Ｇ９１　Ｇ００　Ｘ２０　ＹＩＯ￥２００　Ｆ１００，经译码后，保存在数据库　中的格式如表Ｉ所示。　・　４８・　表１译码结果存储格式　Ｌｉｎｅｓ　ＧＡ　ＧＢ　ＧＣ　ＧＤ　ＧＥ　ＧＦ　ＧＨ　Ｇ１　ＭＡ　ＭＢ　ＭＣ　Ｏ１　００　２ｌ　９１　５＿Ｉ　ｌ　７　４９　４０　０　００　０５　０９　Ｘ　Ｙ　Ｚ　１　Ｊ　Ｋ　Ｒ　Ｓ　Ｆ　Ｔ　Ｉ－Ｉ　Ｐ　２０　１０　０　０　０　０　０　２００　ｌ００　０　０　０　ｃ．建立表和数据库之间的关系。当完成表的建　立后，使用Ｔｏｏｌｓ一＞Ａｌｉａｓ　Ｍａｎａｇｅｒ将这张表添加　到名为ＭｙＤａｔａｂａｓｅ数据库别名中。　ｄ．由于系统中使用到的数据库控件主要是非可　视化的数据库控件，为便于应用程序的改动和升级，　避免日后的重复工作，创建数据库模块。在文件新　建菜单中，选中Ｎｅｗｌｔｅｍｓ对话框的ＤａｔａＭｏｄｕｌｅ数　据模块，在其中添加自己的非可视化数据库控件。　４　结束语　在利用Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ６．０控件页中组件设计的　友好、简洁人机界面上，实现２４条Ｇ代码和７条Ｍ　代码的查错解释，建立Ｔａｂｌｅ表存放于数据库中，利　用Ｔａｂｌｅ控件，对存放在数据库中的信息进行读写　操作。系统在查错时，以对话框方式提醒数控代码　的编程错误，并指明出错类型，方便用户修改；解释　时，使用关系型数据库存放解释结果，确保了后续代　码单段、选段及连续执行功能高效率的完成。这种　处理Ｇ代码差错解释的实现方法，充分发挥ＰＣ机　强大的数据处理能力，提高了解释和代码执行仿真　的效率，使软件具有较强的可移植性，对构建开放式　数控系统的预处理模块有一定的指导和借鉴作用。　参考文献：　［１］赵春红，秦现生。等．基于ＰＣ的开放式数控系统研究　［Ｊ］．机械科学与技术．２００５．（９）：１ｌＯ８—１ｌ１２．　［２］深圳固高科技．ＧＴ系列运动控制器用户手册［Ｍ］．深　圳：固高科技．２００３．　［３３深圳固高科技．ＧＴ系列运动控制器编程手册［Ｍ］．深　圳：固高科技．２００３．　［４］　张志燕。李斌，等．基于ＰＣ＋ＮＣ的开放式数控系统　平台的研究与应用［Ｊ］．机械与电子，２００５，（５）：６—８．　［５］　张晓东．Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ５程序设计数据库应用实务篇　［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００１．　［６］郑莉．董渊．Ｃ＋＋语言程序设计．２版［Ｍ］．北京：　清华大学出版社．２００１．　作者简介；陈婵娟（１９６１一），女，陕西兴平人，剐教授，硕士　研究生导师，研究方式向为数控技术　控翩工程等。　《机械与电子￣２００７（１）