基于MPC2810运动控制卡的数控系统研究

＊ 收稿日期：２０１１－１０－２０ 作 者 简 介 ：张 义 军 （１９８６－），男 ，安 徽 霍 邱 人 ，硕 士 生 ．
第３期
张义军等：基于 ＭＰＣ２８１０运动控制卡的数控系统研究
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图 ２ ＰＣ＋ ＭＰＣ２８１０ 硬 件 结 构 Ｆｉｇ．２ Ｈａｒｄｗａｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＰＣ＋ ＭＰＣ２８
［４］ 王文斌．嵌入式可重构 系 统 及 其 关 键 技 术 研 究 ［Ｄ］．上 海 ：上 海 大 学 工 学 博 士 学 位 论 文 ，２００７：５５－５７．
［５］ 杨继东，韩飞．基 于 ＭＰＣ０７ 运 动 控 制 卡 的 数 控 焊 接 机 控制系统的开发［Ｊ］．电 气 技 术 与 自 动 化，２０１０（２）：１６１
嵌入式控制卡是数控机床控制的一种全新的实 现 方 式 ，是 当 前 数 控 技 术 发 展 的 必 然 趋 势 ，机 床 控 制 系统开放性技术是 一 个 值 得 深 入 研 究 的 课 题．在 此 背 景 下 ，论 文 对 数 控 系 统 开 放 技 术 进 行 了 研 究 ，有 一
具半径补偿处理后 设 置 标 志，是 否 开 放 插 补 取 决 于 定的理论价值，并对 控 制 卡 的 实 际 应 用 有 一 定 的 指
４ 总 结
如，第４级中 断 主 要 完 成 插 补 任 务，每 ８ｍｓ中 断 一 次．译码、刀具半径 补 偿 在 第 １ 级 中 断 中 进 行．必 须 在译码、刀具半径补 偿 加 减 速 处 理 之 后 进 行 插 补 处 理 ．为 此 在 第 １ 级 中 断 服 务 程 序 中 ，进 行 完 译 码 和 刀
０ 引 言
“ＰＣ＋运动控制卡”结构的数控系 统（如 图 １ 所 示 ）已 经 成 为 当 前 数 控 的 重 要 形 式 之 一 ，该 结 构 的 数 控系统具有开发成 本 低、标 准 化 程 度 高 和 易 于 获 得 高性能等优点．ＰＣ 用 于 完 成 用 户 接 口、文 件 管 理 以 及数据通信等非实 时 性 任 务，运 动 控 制 卡 用 于 完 成 实时性任务．开 发 者 直 接 运 用 ＰＣ 平 台 丰 富 的 软 硬 件资源和运动控制 卡 丰 富 的 运 动 控 制 功 能，可 以 快 速构建高性能的数控系统 ． ［１］
张义军， 苟向峰， 陈德道
（兰州交通大学 机电与动力工程学院，甘肃 兰州 ７３００７０）
摘 要：从硬件和软件探讨了 ＮＣ 嵌入 ＰＣ 型 开 放 式 数 控 系 统，结 合 数 控 综 合 实 验 台，基 于 ＰＣ＋ ＭＰＣ２８１０ 控 制 卡 开 发 了 一 台 开 放 式 三 轴 数 控 立 式 铣 床 系 统 ．并 对 其 硬 件 及 软 件 结 构 进 行 设 计 说 明 ． 关 键 词 ：嵌 入 式 数 控 系 统 ；硬 件 ；软 件 ；运 动 控 制 卡 中 图 分 类 号 ：ＴＰ３１６．２ 文 献 标 志 码 ：Ａ
１ 系 统 方 案 设 计
ＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）嵌 入 ＰＣ 型 开 放 式 数控系统由 ＰＣ 机 和 运 动 控 制 卡 构 成，这 种 运 动 控 制卡一般采用高速 ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ） 作为 ＣＰＵ，利 用 现 有 的 硬 件 和 操 作 系 统、并 结 合 用 户开发的运动控制 应 用 程 序 来 控 制 系 统，具 有 很 强 的运动控制和 ＰＬＣ 控制能力． １．１ 硬 件 结 构
该标志的设置．在未设置译码、刀具半径补偿和加减 导作用．论文主要完成了以下工作：
度控制完成标志的情况下，ＣＮＣ 装置跳过插补服 务
１）构建了开放式数控系统的硬件平台，并 采用
程 序 而 继 续 往 下 执 行 ．具 体 见 图 ６．
中 断 型 软 件 结 构 ，对 各 级 中 断 进 行 功 能 划 分 ，在 此 基
插补运算
８ｍｓ软 件 定 时
并能保证功能的完整性．
本文运用 ＶＢ 语 言，设 计 了 程 序 运 行 界 面 和 参
５
位置控制
４ｍｓ软 件 定 时
数 设 置 界 面 ，如 图 ５ 所 示 ．
６
报警
串行传送报警
７
监控与急停
２ｍｓ软 件 定 时
３ 数 据 通 信
总控制流程框图如图４所示．系统开启后，首先 通 信 的 关 键 在 于 实 现 操 作 界 面 与 运 动 控 制 器
如果是 ６ 级，则 执 行 ６ 级 中 断 程 序．执 行 期 间， 若有其他中断申请，首 先 比 较 该 优 先 级 指 数 与 ６ 级 指 数 的 大 小 ．若 大 于 ６ 级 ，肯 定 执 行 ７ 级 ；小 于 ６ 级 ， 则先判断６级结束与 否．６ 级 未 结 束，则 继 续 执 行 ６ 级 ；若 结 束 ，判 断 是 几 级 中 断 并 执 行 该 中 断 ．
中输入并经过译码处理的加工数据逐行进行扫描，
根据加工类型和插 补 轴 数，调 用 相 应 运 动 控 制 函 数
驱动伺服电机进行 加 工．在 插 补 运 算 过 程 中 进 行 连
续 插 补 运 算 ，当 前 插 补 段 运 行 时 ，同 时 查 询 连 续 插 补
图 ５ 主 操 作 界 面 Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ
表 １ 数 控 系 统 中 断 型 软 件 结 构 Ｔａｂ．１ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＣＮＣ ｓｙｓｔｅｍ
中断级别
主要功能
中断源
０
ＲＯＭ 校验
硬件
进行初始化并运行０ 级 中 断，即 ＣＲＴ 显 示，若 无 其 他 中 断 申 请 ，则 一 直 执 行 该 级 中 断 ．系 统 将 中 断 触 发 事件全部寄存在中 断 队 列 控 制 器 内 部，由 中 断 控 制 器对所有中断进行 计 数，并 根 据 优 先 级 指 数 大 小 进 行排列 ．每隔 一 段 时 间，控 制 器 内 部 的 定 时 器 对 中 断 队 列 控 制 器 进 行 扫 描 ，与 此 同 时 ，中 断 队 列 控 制 器 输出最大优先级指数．
作为 用 户 与 数 控 系 统 的 交 流 平 台，操 作 界 面 显
２
ＰＬＣ 控制
１６ｍｓ软 件 定 时
得 十 分 重 要 ．用 户 不 需 知 道 系 统 的 内 部 机 制 ，仅 仅 通
３
存储器控制
硬件
过 操 作 界 面 就 能 控 制 系 统 ．因 此 界 面 应 当 尽 量 简 单 ，
４
－１６２ ［６］ ＭＰＣ２８１０运动控 制 器 用 户 使 用 手 册 ［Ｂ］．乐 创 自 动 化
ＭＰＣ２８１０的通信［６－９］，为此，各个中 断 要 进 行 标 志 的 设置．标志 是 各 程 序 之 间 相 互 通 信 的 有 力 工 具．例
允许写入状态标志．当 完 成 预 处 理 的 状 态 标 志 出 现 时，表示允许写 入 下 一 插 补 段 数 据，这 时 向 运 动 控 制 卡 写 入 下 一 插 补 程 序 段 ，实 现 连 续 插 补 ．
第 ３１ 卷 第 ３ 期 ２０１２ 年 ６ 月
兰州交通大学学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌａｎｚｈｏｕ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
文 章 编 号 ：１００１－４３７３（２０１２）０３－０１３４－０４
Ｖｏｌ．３１ Ｎｏ．３ Ｊｕｎｅ ２０１２
基于 ＭＰＣ２８１０运动控制卡的数控系统研究＊
国内对该项技术的研究主要集中于插补算法，
速度控制和可重构技术的研究［２－４］，并开发出 了 一 系 列的运动控制卡．但 由 于 对 控 制 卡 内 部 实 时 任 务 总 控制原理认识的缺乏，对控制卡应用仍较少［５］，传 统 数 控 系 统 仍 是 国 内 数 控 行 业 的 主 流 ．基 于 此 ，本 文 从 硬件和软件两方面构建了一个 ＰＣ＋ＭＰＣ２８１０控 制 卡 的 开 放 式 数 控 系 统 ，并 绘 制 了 总 控 制 原 理 框 图 ．
为保证实时 性，总 控 程 序 优 先 判 断 最 高 级 别 ７ 级，如果是７级，则 置 中 断 状 态 标 志，执 行 ７ 级 中 断 程序．执行期 间，若 有 其 他 中 断 申 请，则 立 即 判 断 ７ 级 中 断 结 束 与 否 ，若 未 结 束 ，则 继 续 执 行 ；若 结 束 ，判 断是几级中断并执行该中断．
参考文献：
［１］ 张大波．嵌入式系统原理、设计与 应 用［Ｍ］．北 京：机 械 工 业 出 版 社 ，２００６．
［２］ 刘源．开放式数控系统 的 构 建 及 其 关 键 技 术 研 究 ［Ｄ］． 哈 尔 滨 ：哈 尔 滨 工 业 大 学 博 士 学 位 论 文 ，２０１０：１５－１６．
［３］ 刘青山，高霖．基于运动 控 制 卡 的 ＰＣ 数 控 进 给 速 度 前 瞻 控 制 ［Ｊ］．机 械 科 学 与 技 术 ，２００９，２８（９）：１１９４－１１９７．
如果是 ５ 级，则 执 行 ５ 级 中 断 程 序．执 行 期 间， 若有其他中断申请，首 先 比 较 该 优 先 级 指 数 与 ５ 级 指数的大小．若大于 ５ 级，先 判 断 是 不 是 ７ 级．若 不 是 ，再 判 断 是 不 是 ６ 级 …
１６ｍｓ软 件 定 时
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兰州交通大学学报
第 ３１ 卷
图 ４ 总 控 制 流 程 框 图
Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｉａｇｒａｍ
根据 运 动 控 制 卡 的 函 数 库 的 编 程 规 则，同 时 兼
顾 系 统 的 实 时 性 ，在 系 统 中 开 辟 一 个 新 的 线 程 ，当 按
下起动按钮时开启 该 线 程．任 务 生 成 模 块 对 在 界 面
第３期
张义军等：基于 ＭＰＣ２８１０运动控制卡的数控系统研究
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图 ６ 状 态 标 志 的 设 置 Ｆｉｇ．６ Ｔｈｅ ｓｅｔ ｏｆ ｓｔａｔｕｓ ｆｌａｇ