工業(yè)PC機(jī)軟、硬件資源的豐富使得數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)更加方便快捷，系統(tǒng)的開發(fā)也不再受內(nèi)存大小等硬件資源的限制。但就目前而言，這些優(yōu)勢均是以犧牲控制系統(tǒng)的實時性為代價的，因為在多數(shù)情況下，以工業(yè)PC機(jī)目前的速度是不能兼顧或很好地完成系統(tǒng)維護(hù)及實時控制這兩項任務(wù)的。針對以上矛盾，許多開發(fā)商采取了一種折衷的方案，即采用基于雙CPU的數(shù)控系統(tǒng)。在該種類型的數(shù)控系統(tǒng)中，上位機(jī)即工業(yè)PC機(jī)完成系統(tǒng)維護(hù)、加工代碼讀取、譯碼，刀補(bǔ)、刀具位置顯示等任務(wù)；下位機(jī)是一種連接于系統(tǒng)擴(kuò)展槽內(nèi)、能夠與上位機(jī)進(jìn)行實時通訊、獨立控制的微機(jī)，用于實現(xiàn)對系統(tǒng)實時加工的控制。這樣，數(shù)控系統(tǒng)兼顧了系統(tǒng)維護(hù)及實時控制兩個方面，滿足了數(shù)控系統(tǒng)的要求，也實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的開放化。

　　本文將簡單介紹一下基于這種思想而開發(fā)的熱切俐機(jī)數(shù)控軟件系統(tǒng)，即上位機(jī)軟件系統(tǒng)的構(gòu)成及開發(fā)。

1 控制系統(tǒng)的組成

　　數(shù)控?zé)崆懈顧C(jī)床是數(shù)控機(jī)床的一種，它具有一般數(shù)控機(jī)床的特點，能根據(jù)數(shù)控加工程序，自動完成從點火一預(yù)熱一通切割氣體一切割一熄火一返回原點的整套切割過程。但熱切割機(jī)床又有別于一般數(shù)控金屬切削機(jī)床，它是利用氣體的高溫火焰把鋼板割縫加熱到熔融狀態(tài)，用高壓氧吹透鋼板實現(xiàn)切割，而不象金屬切削機(jī)床那樣，用金屬切削工具與工件剛性接觸來進(jìn)行切削加工。

　　本文所研究的數(shù)控?zé)崆懈顧C(jī)系統(tǒng)采用上、下位機(jī)控制的形式?？刂葡到y(tǒng)的組成見圖1。

　　系統(tǒng)中，上位機(jī)實現(xiàn)系統(tǒng)的各種維護(hù)任務(wù)并負(fù)責(zé)將加工數(shù)據(jù)傳送到指定的端口或內(nèi)存范圍；下位機(jī)根據(jù)上位機(jī)的加工數(shù)據(jù)控制電機(jī)實現(xiàn)實時的加工控制。在本系統(tǒng)中，下位機(jī)采用深圳市摩信科技有限公司開發(fā)的MCT8000S4系列控制器，上位機(jī)獲取加工數(shù)據(jù)后將其輪流放入特定的兩個結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)存空間，下位機(jī)實時地讀取該空間中的加工數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)直接應(yīng)用于電機(jī)運動的控制。該系列的控制卡已經(jīng)將插補(bǔ)功能內(nèi)置，只需要上層提供相應(yīng)的刀補(bǔ)后的加工數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)即可。

　　上位機(jī)的控制系統(tǒng)是基于PC機(jī)和Windom平臺的。其具有全中文的人性化操作界面，可以進(jìn)行任意形狀的圖形加工，還可以根據(jù)用戶需要，配置自動調(diào)高、自動預(yù)熱、自動點火、自動穿孔、自動噴粉劃線CAD自動編輯套料等功能，開發(fā)平臺采用VC++。

2 任務(wù)的劃分

　　數(shù)控火焰切割機(jī)的任務(wù)分為實時任務(wù)及非實時任務(wù)陌種。實時任務(wù)又分為實時隨機(jī)任務(wù)和實時周期任務(wù)；非實時任務(wù)分為非實時隨機(jī)任務(wù)和非實時周期任務(wù)。實時任務(wù)是和加工的實時控制密切相關(guān)的任務(wù)，尤其是實時周期任務(wù)；非實時任務(wù)是系統(tǒng)管、維護(hù)及輔助的任務(wù)。

　　上位機(jī)的非實時隨機(jī)任務(wù)有：參數(shù)輸入任務(wù)、命令輸入任務(wù)、程序解釋及刀具半徑補(bǔ)償任務(wù)、程序預(yù)處理任務(wù)，文件服務(wù)任務(wù)、系統(tǒng)設(shè)置任務(wù)。系統(tǒng)幫助任務(wù)，故障診斷任務(wù)及輸人事件處理任務(wù)。這些任務(wù)的產(chǎn)生及處理是非實州的，也是隨機(jī)的。這些任務(wù)由Windovcs系統(tǒng)提供的消息映射機(jī)制來完成。

　　上位機(jī)的實時周期任務(wù)有：控制參數(shù)顯示任務(wù)，加工動態(tài)顯示任務(wù)、加工參數(shù)顯示任務(wù)、加工程序顯示任務(wù)及加工數(shù)據(jù)送人任務(wù)。這些任務(wù)主要是由系統(tǒng)定義一系列的不同優(yōu)先級的線程實現(xiàn)，對訪問有次序的線程采取制約機(jī)制，限制運行次序及訪問權(quán)限。

熱切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 熱切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)

3 數(shù)據(jù)流程

　　數(shù)控火焰切割機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)和一般的數(shù)控系統(tǒng)一樣。必須完成譯碼(加工代碼解釋)、代碼預(yù)處理(刀補(bǔ)等)、插補(bǔ)準(zhǔn)備，插補(bǔ)等兒個基本過程來實現(xiàn)加工。由于該系統(tǒng)采用了標(biāo)準(zhǔn)的運動控制卡，插補(bǔ)功能由運動控制卡的硬件電路來完成，所以上位機(jī)軟件系統(tǒng)只需要提供相應(yīng)的加工數(shù)據(jù)即可，如圖3所示。下面簡要說明一下其數(shù)據(jù)的流程：零件的加丁程序在經(jīng)過丁NC程序準(zhǔn)備后，以ISo標(biāo)準(zhǔn)格式放人NC程序緩沖區(qū)中，首先經(jīng)過NC程序的譯碼操作，將代碼中的加工及控制信息提取出來，以約定的格式存放于預(yù)刀補(bǔ)緩沖存儲區(qū)BS中；刀補(bǔ)后的數(shù)據(jù)放人刀補(bǔ)工作緩沖區(qū)AS中，然后將AS的內(nèi)容置為可直接用于下位機(jī)讀取的數(shù)據(jù)后放人刀補(bǔ)輸出緩沖區(qū)OS中，下位機(jī)會循環(huán)檢測該區(qū)域的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好，準(zhǔn)備好后讀取數(shù)據(jù)控制電機(jī)及相關(guān)設(shè)備運行。在沒有刀補(bǔ)的情況下，將BS區(qū)中的軌跡信息經(jīng)過簡單處理后直接放人刀補(bǔ)工作緩沖區(qū)AS中。

　　在有刀補(bǔ)處理的情況下，只用一個BS緩沖區(qū)不能夠滿足實際刀具中心軌跡計算的需要，因此在BS區(qū)和AS區(qū)之間設(shè)立刀補(bǔ)緩沖區(qū)CS。BS、CS和AS各自包含一個計算區(qū)域，這樣，在系統(tǒng)啟動后，第一段加工程序先被讀人BS，經(jīng)過刀補(bǔ)任務(wù)處理后，在BS經(jīng)過數(shù)據(jù)計算的第一段編程軌跡被送到CS中暫存。接著代碼解釋任務(wù)又將下一段加工程序讀人13,5中。由刀補(bǔ)任務(wù)計算出第二段程序的編程軌跡。接著。對第一、二兩段編程軌跡的連接方式進(jìn)行判別，根據(jù)判別的結(jié)果，對Cs中的第一段編程軌跡做相應(yīng)修正。修正結(jié)束后，順序地將修正后的第一段編程軌跡由CS送入AS，第二段編程軌跡由Bs送人CS。隨后，由插補(bǔ)準(zhǔn)備任務(wù)將AS的內(nèi)容處理成可直接用于插補(bǔ)的數(shù)據(jù)送到OS區(qū)。

　　在讀入加工程序控制數(shù)據(jù)的同時，系統(tǒng)還要求讀人界面上用戶對系統(tǒng)的設(shè)置，這些設(shè)置構(gòu)成了系統(tǒng)的另一個控制參數(shù)表。這些控制參數(shù)中，需要在系統(tǒng)啟動時進(jìn)行總體設(shè)置，也可以在程序運行期間零件加工完成后進(jìn)行設(shè)置，如軟件限位、最高速度等。

4 系統(tǒng)模塊的劃分

　　上位機(jī)的控制系統(tǒng)按用戶的需要，共分為豐框架、界而、譯碼。刀補(bǔ)。幽形庫、仿真幾個模塊。

　　主框架是控制系統(tǒng)軟件本身的構(gòu)架，它不但包含軟件本身的框架類、數(shù)據(jù)處理類，視圖類以及框架本身生成的必要資源(工具條，邊框等)，還承載了系統(tǒng)后加入的各種資源以及動態(tài)連接庫。系統(tǒng)的開發(fā)是分成幾個模塊進(jìn)行的。這樣消啟、的轉(zhuǎn)接收和調(diào)用功能只能分配到各個功能實現(xiàn)類的管理框架中去。系統(tǒng)的維護(hù)采用了集中的原則，即只要主框架可以處理的消息和任務(wù)就要盡量集中到主框架中去處理。例如，屬性框、對話等資源又是一種規(guī)模較小的框架，他們不但負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)讀入的一系列處理，還負(fù)責(zé)將相應(yīng)的消息發(fā)送到主框架中去并啟動主框架的新任務(wù)，以便主框架進(jìn)行正確的處理。這樣做的好處是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、分配有序、便于二次開發(fā)。該系統(tǒng)開發(fā)了十個界面：即主界面、手工移動界面、定程移動界面，極限移動界面、鋼板準(zhǔn)直界面、程序編輯界面、多件加工界面、自動加工界面、系統(tǒng)設(shè)置界面及診斷界面，并實現(xiàn)了各界面內(nèi)部切換功能、相應(yīng)工具條的顯示隱藏(系統(tǒng)消息及自定義消息結(jié)合)及對應(yīng)功能的調(diào)用。

　　譯碼模塊是對加工數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的第一個模塊。譯碼數(shù)據(jù)的正確與否直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常運行。譯碼模塊處理的是標(biāo)準(zhǔn)的G代碼，該模塊中集成了對數(shù)控代碼的讀人、錯誤檢查、加工軌跡參數(shù)的讀取與規(guī)范?？刂茀?shù)的讀取與存儲等功能。該模塊中的加工及控制信息均存在于～個全局的模板中，便于后繼的處理及訪問。

　　刀補(bǔ)模塊采用c功能的刀具半徑補(bǔ)償算法，因c刀補(bǔ)基于矢量的計算原理。所以能夠很好地解決工作輪廓加工過程中兩程序段間的轉(zhuǎn)接過渡問題。這種補(bǔ)償技術(shù)通過計算和判斷轉(zhuǎn)接類型(伸長型，插入型、縮短型)、曲線連接形式及刀補(bǔ)狀態(tài)，再加上譯碼的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理。

　　圖形庫是數(shù)控火焰切割機(jī)必不可少的組成部分，在圖形庫中存在大量的標(biāo)準(zhǔn)工件。這些標(biāo)準(zhǔn)工件為相同及相似工件的加工提供了便利。圖形庫還具有編輯套料功能，能對標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸、數(shù)量、位置等進(jìn)行編輯，還可以將不同的標(biāo)準(zhǔn)件臺并在同一個鋼板中，并自動生成加工代碼，功能十分強(qiáng)大。

　　仿真模塊是在不啟動電機(jī)的情況下而實現(xiàn)加工過程模擬的繪圖模塊?？ＤK與主框架的說類密切聯(lián)系。是由具體繪圖函數(shù)、尺寸計算函數(shù)以及插補(bǔ)運竹函數(shù)組成戰(zhàn)的。該模塊的實現(xiàn)原理是：在土捱架的視類中定義一塊視圖區(qū)域，該區(qū)域以外的視圖均不允獲得繪制圖形，按照一定的算法，根據(jù)譯碼后的數(shù)姑來獲得當(dāng)前鋼板零件的大小；按照鋼板的人小及繪圖區(qū)域大小設(shè)定比例尺；由編譯后加工及移動數(shù)據(jù)，經(jīng)譯碼運算后，將各曲線按照插補(bǔ)方式分成小直線段，再按一定速度有序地繪出，最終繪圖的結(jié)果即為所加工的鋼板，繪圖次序即為加工次序。

5 系統(tǒng)功能的定義

　　該數(shù)控系統(tǒng)具有手動控制、程序編輯、自動加工、零件選項。套料、系統(tǒng)設(shè)置、監(jiān)控診斷機(jī)系統(tǒng)幫助等功能。

　　手動控制中實現(xiàn)了點動、連續(xù)移動，定長移動、回零等功能。用于系統(tǒng)定位及實現(xiàn)簡單加工。程序編輯中實現(xiàn)了加工程序的打開、新建、編輯、存儲及圖形預(yù)顯等功能，用于對G代碼文件的編輯處理。

　　自動加工功能對程序編輯處理后的G代碼文件實現(xiàn)加工，它也包含了一些對主軸的控制，如停止加工、暫停加工、斷點記憶功能等。

　　零件選項主要是針對經(jīng)程序編輯處理后文件的圖形進(jìn)行排列和轉(zhuǎn)動，并可以形成新的G代碼文件。

　　套料功能中實現(xiàn)了不同零件間的組合、拆分、相對轉(zhuǎn)動，排列和切割順序的定義等。

　　系統(tǒng)設(shè)置中實現(xiàn)對系統(tǒng)一些全局參數(shù)的設(shè)置，其中包括系統(tǒng)運行需要的參數(shù)和系統(tǒng)調(diào)試需要的參數(shù)兩類，只有這兩類參數(shù)的正確設(shè)置才能夠保證系統(tǒng)的正常運行。

　　監(jiān)控診斷包含了對系統(tǒng)全部硬件端口，傳感器和電機(jī)的檢測功能，另外，還具有一些系統(tǒng)維護(hù)的必要軟件工具，如殺毒程序等。

6 結(jié)論

　　本文介紹了一種基于PC機(jī)和Windows平臺，用于火焰切割、等離子切割和激光切割的開放式熱切割數(shù)控系統(tǒng)的有關(guān)構(gòu)成、上位機(jī)任務(wù)的劃分、加工數(shù)據(jù)內(nèi)容。該控位機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)已接近尾聲。本系統(tǒng)的研制成將提升切割機(jī)的整機(jī)性能，提高切割機(jī)的性能價格比，增強(qiáng)其在市場上的競爭實力。