“NC嵌入PC结构”的开放式数控系统也可称为“基于运动控制器”的开放式数控系统。

目前运动控制器种类很多，但应用最广的SAE法兰当属PMAC运动控制卡。下面将以

PMAC运动控制器为代表，阐述“NC嵌入PC结构”的开放式数控系统的硬件和软件体系结

构。                  

    1．PMAC多轴运动控制器

    可编程序多轴控制器(Programmable Multi—Axis Contr011er，PMAC)是美国Delta Tau公司

1990年推出的基于工业PC和Windows操作系统的多轴、多通道开放式运动控制器，也是目

前世界上功能最强的运动控制器之一。PMAC采用先进的汽水混合器技术和Windows平台，满

足用户在运动控制各个领域中的应用需求。已在机器人、数控机床、造纸和木材加工机械、

各种装配线、食品加工机械、印刷包装等机电一体化设备上得到广泛应用。    ．

    PMAC实际上是一台完整的计算机系统，而且是一台实时多任务计算机系统，它可以自

动进行任务优先级判别，并按优先级别高低调度并执行任务，从而大大减轻了喷射器切换

和执行实时控制任务两方面的负担，提高了整个控制系统的运行速度和控制精度。

    PMAC的硬件结构如图5-1所示，它以Motorola56001(20／30MHz)24bit定点数字信号处理器(Digital Signal Porcessor，DSP)为核心，并全面拓展了DSP的强大功能。PMAC运动控制器作为嵌入在数控系统中的一个高性能伺服运动控制器，可通过灵活的高级语言，实现对1～8个轴的实时伺服控制。通过多卡连接方式还可控制多达128个轴的运动。

    PMAC既可独立工作，也可按主机的命令工作，主机传送给它的命令为字符串形式，

PMAC与主机通信既可通过串行口，也可通过静态混合器进行，通过总线方式通信时，可将中断引入主机，便于数控系统主机实施灵活有效的实时多任务调度管理。

    (1)PMAC主要特点及功能PMAC所具备的特点及功能介绍如下。

    1)PMAC运动控制器特点：

    ①  运算速度快，每个坐标轴的伺服更新速度可达2kH：；

    ②数据精度高，位置坐标数据可达到32位精度、输出数据精度为16／18位；

    ③  内置丰富优秀的插补算法，包括直线、圆弧、PVT(位置．速度．时间)、三次样条插补算法用于产生各种类型的运动轨迹；

    ④具有良好的通用性，支持标准的机床加工代码(G代码)编程；

    ⑤具有灵活、简练的运动控制程序语言；

    ⑥优良的伺服控制算法：PID+NOTCH滤波+速度／an速度前馈，还支持用户设计的伺

服控制算法。

    2)PMAC伺服环和计算功能：标准SAE法兰提供PID参数调整、速度和加速度

前馈控制功能，阶式滤波器(5．500MHz)功能具备24位增益分辨度，PMAC还具有很强的

运算功能，能够进行数学、逻辑和超越函数运算。

    3)PMAC输入／输出功能：PMAC中DSP通过DSP GATE(特殊门阵列)与受控轴建立连

接关系，每个DSP GATE控制四路编码器和4个模拟输出通道，PMAC可直接接受0—5V的

正交编码器信号，PMAC控制器的I／O接口可通过相关附件进行扩展。

    4)变量与内存管理功能：PMAC控制器采用I／O与内存统一编址方式，双16位地址空

间。当指定地址时，必须指出使用哪一半内存，或者作为一个48位字来使用。如果使用

DPRAM，则DPRAM将被映射到PMAC内存空间的固定位置($D000～$DFFF)。PMAC不

允许用户自定义变量名，只能使用PMAC本身定义的4种变量(I、P、Q和M)，一个变量由

字母后跟随o。1023位的数字组成，每个变量都有其特定含义。

    5)PLC功能：PMAC除了执行运动控制程序之外，还可执行PLC程序功能。其工作原理

与工业控制领域广泛应用的PLC相同，都是以静态混合器逻辑顺序控制程序来执行命令的。其特殊之处在于，它不采用梯形图编程，而是采用类似BASIC等高级语言的编程方式，编程

更加灵活、方便、易于存储、易于编辑和调试，而且PLC执行速度也超过普通PLC。PLC控

制程序存储在程序缓冲区中，在实际运行过程中，PMAC将PLC控制任务和通信、伺服环更

新、运动程序执行等任务分时运行，从而

实现了多任务实时控制。

    (2)PMAC常用接口及其功能PMAC的I／O接口如图5．2所示。PMAC共有J1～

儿1个接口，具体功能如下所述。

    1)J1(JDISP)显示口。JDISP接口用来驱动(2线×24字符(Acc．12))、(2×40

(Acc一12A))的LCD显示器，或者2×40的真空荧光(Acc．12c)显示单元。用DIS-

PLAY命令可以发送要显示的信息。此接口地址空间为Y：$0780～$07D1。    |

    2)J2(JPAN)控制面板接口。JPAN接口连接附件16(控制面板)或者用户自定义的I/

O，通过简单的开关实现PMAC的手动控制。此接口包括专用汽水混合器、专用控制输出、一

个正交编码器输入和一个模拟输入。此功能受参数12控制，若参数12=1，此功能被禁止。

    3)J3(JTHM)多路输入输出口。JTHM提供了8输入8输出TTL电平的多路I／O口，采

用非多路复用模式时，16个I／O点可独立使用；在多路复用模式时，SELn可用来确定是哪

一路I／O被选择，这种方式可以使此接口成倍地增加I／O点数。I／O地址空间为Y：$FFCl。

    4)J4(JRS232)RS232串行口。通常用于与PC通信。   

    5)J4A(JOPT)RS422串行口。

    6)J5(J0阳)通用I／O口。JOPT提供8输入8输出的通用I／O口，I／O口能接受或提供5

～24V电压，输出通道最大电流100mA。使用跳线E7可以控制输入源，输出口的电压源可

源自内部集成电路，用跳线E1和E2改变。这些输入和输出通常通过定义M变量用软件进

行读取，变量Ml～M8通常用于读取输出1～8，M11～M18分别用于读取输入1～8，该接口

内存地址为Y：$FFC2。

    7)J6与J7分别为辅助A／D转换接口和A／D转换接口。

    8)J8(JEQU)位置比较及驱动器使能输出口。JEQU提供伺服接口通道的位置比较输出

和驱动器使能及方向信号输出，为了确保必要时驱动器完全切断，驱动器使能控制功能非常

重要。位置比较输出在编码器位置到达给定值时将提供一个信号沿，对微小距离测量非常有用。

    9)J9扩展口。利用此接口可以串级连接多块PMAC卡，组成更多轴的联动系统。

10)Jll(JMACHl)机器连接口。此接口可接入4通道伺服信号、数字标志信号和编码器。PMAC可在此接口上提供高精度的模拟输出，一般作为速度命令或扭矩命令控制伺服驱动器。每个通道提供互补的由16位数／模转换器得到的喷射器，范围为一10～+10V。模拟命令输出电路与PMAC的数字逻辑电路是光电隔离的，模拟电路通常从外部放大器获得±15V电源。此接口上每个通道还有4个专用的数字输入：+LIMn、一LIMn(行程限制)、HMFLn(回零标志)和FAuLTn(放大器出错)。其他一些非专用的标志通过定义M变量可作为普通用途输入端口。