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2.2 UMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制器

2.2.1 UMAC的介紹
TX1600G鏜銑加工中心的數(shù)控系統(tǒng)是在UMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制器的基礎(chǔ)上開(kāi) 發(fā)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。UMAC(Universal Motion and Automation Controller)是由美國(guó) Delta Tau公司推出的一種功能強(qiáng)大的多軸運(yùn)動(dòng)控制器，它集運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集 及PLC邏輯控制等功能為一體，是當(dāng)今開(kāi)世界上功能強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制器之一[23]。
UMAC是一臺(tái)擁有獨(dú)立內(nèi)存，可以獨(dú)立運(yùn)算的計(jì)算機(jī)，它既可以通過(guò)存儲(chǔ)在 內(nèi)部的程序獨(dú)立地工作，也可以接受工控機(jī)的命令。它還具有實(shí)時(shí)性和多任務(wù)性，能夠自動(dòng)地把任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先等級(jí)判別，并按優(yōu)先等級(jí)執(zhí)行。在整個(gè)控制系統(tǒng)中急 停功能、機(jī)械限位、硬件故障等優(yōu)先級(jí)，當(dāng)UMAC的CPU中出現(xiàn)此類(lèi)任務(wù) 時(shí)，CPU會(huì)首先執(zhí)行此任務(wù)，能夠減少機(jī)床事故的發(fā)生。
2.2.2UMAC的*性
1.UMAC是一種由一套3U結(jié)構(gòu)的歐洲標(biāo)準(zhǔn)卡組成的模塊化Turbo PMAC2 系統(tǒng)級(jí)控制器[24]。它采用的處理器為Motorola DSP56303系列數(shù)字信號(hào)處理器 (80MHz)，比普通PMAC的處理器的性能高級(jí)。UMAC最多可以同時(shí)控制32軸， 普通的PMAC只能同時(shí)控制8軸的運(yùn)動(dòng)。
2.UMAC控制器外型呈3U框架結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶(hù)需求可選擇不同尺寸的3U 機(jī)架。在UMAC的3U機(jī)架中有封裝好的電子器件，內(nèi)置的連接器以及電源模塊 [25]。3U結(jié)構(gòu)的UMAC控制器如圖2.2所示，3U框架內(nèi)通常有4到18個(gè)插卡槽， 可根據(jù)工業(yè)實(shí)際需要選擇不同的附件板（如軸板，I/O板、CPU板），將其插入3U 機(jī)架中，各附件板通過(guò)背板與UMAC連接[25]。各附件板可從3U機(jī)架中滑入和滑 出，減少了系統(tǒng)配置和排除故障的時(shí)間，其模塊化設(shè)計(jì)也大大提高了系統(tǒng)的開(kāi)放 性和穩(wěn)定性。而一般的PMAC運(yùn)功控制卡裝在工控機(jī)的插槽中，與各附件板卡通 過(guò)導(dǎo)線相連，這種連接方式故障率高、安裝效率低，不利于故障的查找，而且維 修不方便。
3.UMAC有高速USB接口、串口、總線、Ethernet或MACRO光纜接口等
通訊方式。其中總線形式包括：ISA總線、PCI總線、VEM總線和PC/104嵌入式 微機(jī)，而PMAC只有PCI,ISA總線和串口通訊。課題中UMAC與上位機(jī)采用以太 網(wǎng)（Ethernet)進(jìn)行通訊，這種通訊方式具有傳輸速度快、成本低、可靠性高等特點(diǎn)。
4.UMAC的處理速度和存儲(chǔ)性能優(yōu)于普通PMAC，而且功能強(qiáng)大，在PMAC的基礎(chǔ)上增加了 3維刀具半徑補(bǔ)償，多路復(fù)用器端口功能等。

2.2.3UMAC附件板的介紹
CPU板：UMAC有兩種CPU主板可供選擇，一種是Turbo PMAC2 CPU板，
它是一種獨(dú)立控制的Turbo PMAC2，作為一個(gè)獨(dú)立的單元插在3U機(jī)架中。 一種是MACRO接口 CPU板，UMAC MACRO系統(tǒng)是通過(guò)光纖或雙絞線遠(yuǎn)距離連 接PMAC2Ultralite板，優(yōu)點(diǎn)是在很大程度上減少了布線的復(fù)雜性，消除了遠(yuǎn)距離 傳輸和電磁的干擾[26]。
ACC24E-2A:是UMAC的一種擴(kuò)展軸卡，它可提供四通道或兩通道的伺服控 制器軸口，其兩通道的ACC24E-2A結(jié)構(gòu)圖如圖2.3所示。該軸卡主要由：高度集 成的伺服控制門(mén)陣列、緩存電路、接口電路等組成?？商峁?10V?+10V的模擬電 壓輸出，并設(shè)有編碼器反饋信號(hào)輸入端口，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的閉環(huán)控制[27]。
ACC-65E:是UMAC Turbo或MACRO系統(tǒng)的通用輸入輸出（I/O)板，提供 24通道的光電隔離的輸入接口和24通道的光電隔離的輸出接口，其輸入信號(hào)電壓 為 12?24Vdc。
ACC-66E:提供48通道的光電隔離的輸入接口板，其輸入信號(hào)電壓為 12-24Vdc。
2.2.4UMAC控制變量的介紹
UMAC定義了很多變量，主要有I、M、P、Q四種類(lèi)型的變量。每種類(lèi)型的 變量均為8192個(gè)，其控制功能不同。
I變量主要用于初始化設(shè)置和系統(tǒng)多功能設(shè)置，其中包括電機(jī)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、 A/D轉(zhuǎn)化、坐標(biāo)系、編碼器設(shè)置等功能。I變量是一種系統(tǒng)定義好的全局變量，內(nèi) 存中有其定義好的存儲(chǔ)地址[28]。在基于UMAC的數(shù)控系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)以及伺服系統(tǒng)的調(diào)試中，都必須掌握相關(guān)變量的使用方法。用戶(hù)在UMAC自帶的調(diào)試軟件 PEWIN32PRO中的TERMINAL窗口可以查看或設(shè)置I變量的值。
M變量是一種指針變量，用戶(hù)可以利用該變量對(duì)UMAC的內(nèi)存和I/O空間 進(jìn)行取存操作。開(kāi)發(fā)商對(duì)M變量沒(méi)有預(yù)先定義，需用戶(hù)自己定義。定義M變量 就是為其分配在UMAC存儲(chǔ)器中的地址，并其內(nèi)存大小和格式[29]。
P變量是一種通用的用戶(hù)變量，在系統(tǒng)中有固定的地址，系統(tǒng)沒(méi)有對(duì)其定義， 其值與坐標(biāo)系無(wú)關(guān)。Q變量與P變量類(lèi)似，只是Q變量的使用與所在的坐標(biāo)系有 關(guān)，是一種局部用戶(hù)變量。Q變量還有特殊用途，當(dāng)Read讀取A-Z字母變量值， 將其值保存到Q101-Q126中[21]。