[科普中國(guó)]-PMAC控制器

PMAC控制器是基于OMAC方式的控制器，是美國(guó)Delta Tau Data System公司研制開(kāi)發(fā)的一種完全開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)，建立在PC機(jī)平臺(tái)上的控制器。該產(chǎn)品使用Motorola公司的高速DSP56001數(shù)字信號(hào)處理器作為CPU，提供全新的高性能技術(shù)和Windows平臺(tái)，可滿(mǎn)足用戶(hù)在數(shù)字控制各個(gè)領(lǐng)域的各種高技術(shù)應(yīng)用。1

簡(jiǎn)介美國(guó)Delta Tau公司生產(chǎn)的PMAC也被稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)控制計(jì)算機(jī)。它主要是由Mororala公司生產(chǎn)的DSP與Delta Tau公司開(kāi)發(fā)的特制的用戶(hù)門(mén)陣列IC組成。PMAC是開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)控制器的突出代表，是世界上功能最強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制器。該運(yùn)動(dòng)控制器具有極強(qiáng)的靈活性，適合于應(yīng)用的多種總線(xiàn)結(jié)構(gòu)(PC總線(xiàn)、VME總線(xiàn)、STD總線(xiàn)、PCI總線(xiàn)及PC 104)、不同類(lèi)型電機(jī)(直流、交流及步進(jìn)電機(jī))、反饋元件(增量式編碼器、絕對(duì)式編碼器、激光干涉儀)以及指令數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(PMAC編程語(yǔ)言、G代碼及AutoCAD轉(zhuǎn)換)，可隨時(shí)對(duì)PMAC硬件進(jìn)行升級(jí)。

在對(duì)伺服數(shù)據(jù)的處理能力、軸特性及輸入信號(hào)帶寬方面，PMAC控制器由于采用專(zhuān)門(mén)的模塊化結(jié)構(gòu)，編碼輸入的串行處理速度是大多數(shù)控制器的10~15倍。

PMAC除了有強(qiáng)大的運(yùn)算功能外，Delta Tau公司還為PMAC提供了執(zhí)行程序PEWIN32。在主機(jī)上安裝PEWIN32并運(yùn)行可以建立與PMAC的通信，完成運(yùn)動(dòng)程序、PLC程序的下載、發(fā)出在線(xiàn)命令、I變量的設(shè)置、PID調(diào)節(jié)、電機(jī)位置、速度顯示等功能。

系統(tǒng)利用PMAC的運(yùn)動(dòng)控制功能將交流伺服系統(tǒng)與PMAC的通道相連，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的輸出及光電編碼器反饋信號(hào)的采集，以控制各軸的運(yùn)動(dòng)；利用PAMC卡I/0接口實(shí)現(xiàn)PLC功能，包括檢測(cè)行程限位、機(jī)器人回零、控制機(jī)器人的面板操作、控制程序運(yùn)行和手動(dòng)調(diào)整機(jī)器人等。PMAC執(zhí)行全部實(shí)時(shí)任務(wù)，例如輪廓加工、插補(bǔ)計(jì)算、伺服控制等，而主PC則處理用戶(hù)接口和其他執(zhí)行功能。

參數(shù)PMAC控制器共有四組參數(shù)變量，分別是I、P、M、Q變量，這些變量決定了控制器的工作性能。

1．I變量

I變量共有1024個(gè)，用于系統(tǒng)初始化和伺服參數(shù)的設(shè)定等，它決定了某個(gè)給定功能的控制特性，一般它們被預(yù)先定義并存放在內(nèi)存的固定位置上。

2．M變量

M變量也有1024個(gè)，它是供用戶(hù)使用分配內(nèi)存的指針變量，主要完成對(duì)PMAC存儲(chǔ)器和I/U的存取，每一個(gè)M變量均對(duì)應(yīng)——存儲(chǔ)器或I/O的地址，用戶(hù)可在編寫(xiě)PLC程序時(shí)對(duì)M變量進(jìn)行定義，以完成各種輔助功能的控制。

3．P變量與Q變量

P變量與Q變量都是供用戶(hù)使用的通用變量，均采用48位浮點(diǎn)數(shù)格式，各自有1024個(gè)變量，二者的區(qū)別為P變量是供編程用的全局變量，而Q變量則是供編程用的局部變量。2

特點(diǎn)PMAC主要有以下特點(diǎn)。

(1)適應(yīng)多種硬件操作平臺(tái)。PMAC可以在IBM及其兼容機(jī)上運(yùn)行，開(kāi)發(fā)環(huán)境可以是98、NT、Wins2000、XP，而且可以選擇PC、STD、VME、PCI等不同的總線(xiàn)形式。底層控制程序針對(duì)PMAC，使得控制軟件可以在不同的硬件平臺(tái)上使用。

(2)強(qiáng)大的伺服控制能力。一般來(lái)說(shuō)，伺服能力過(guò)去經(jīng)常用每小時(shí)完成的操作或者生產(chǎn)的合格零件數(shù)來(lái)衡量。但是，隨著近年來(lái)機(jī)械生產(chǎn)效率的提高及全自動(dòng)化的要求，對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的要求大大提高了，幾乎超越了對(duì)生產(chǎn)率的要求，因而很難用單項(xiàng)指標(biāo)來(lái)衡量系統(tǒng)的伺服控制能力。

(3)反饋與控制。由PMAC構(gòu)成的數(shù)控體系，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)在電機(jī)和負(fù)載上都使用傳感器從而同時(shí)獲得高精度和高穩(wěn)定性完美結(jié)合。這一點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)主要得益于其體系結(jié)構(gòu)的兩個(gè)特點(diǎn)：一是采用了PID與Norch濾波器的組合。二是自適應(yīng)技術(shù)的運(yùn)用，在反饋環(huán)中的許多增益值都具有根據(jù)系統(tǒng)的具體配置狀況來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。這一反饋結(jié)構(gòu)具有極強(qiáng)的靈活性，可以使數(shù)控系統(tǒng)在電機(jī)與負(fù)載耦合不太理想的情況下保持較高的數(shù)控伺服穩(wěn)定性。

(4)插補(bǔ)與位置控制功能。在完成插補(bǔ)前，對(duì)零件程序進(jìn)行譯碼、刀具補(bǔ)償、坐標(biāo)位移計(jì)算、進(jìn)給速度處理等的預(yù)處理，然后將數(shù)據(jù)送給軌跡生成器進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算，給定各坐標(biāo)軸一系列的命令位置值。借助于DSP的計(jì)算功能增強(qiáng)了PMAC的解算能力。DSP可以對(duì)常量、變量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及超越運(yùn)算，可以避免主機(jī)在進(jìn)行這些操作時(shí)所造成的計(jì)算延遲和通信延遲。因此PMAC具有高速的處理能力、在運(yùn)行中精確而平滑地計(jì)算三維位置和大的輸入帶寬等優(yōu)良的伺服控制器能力。PMAC運(yùn)動(dòng)控制器可以進(jìn)行直線(xiàn)與圓弧插補(bǔ)。位置控制功能主要是對(duì)坐標(biāo)位置給定值與由位置檢測(cè)器測(cè)到的實(shí)際位置值進(jìn)行比較并獲得偏差、進(jìn)行自動(dòng)加減速、回基準(zhǔn)點(diǎn)、對(duì)伺服滯后量的監(jiān)視與漂移補(bǔ)償，最后得到速度控制的模擬電壓以驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

(5)強(qiáng)大的變量和內(nèi)存管理能力以及絕大部分地址的開(kāi)放。當(dāng)指定一個(gè)地址時(shí)，必須指出使用哪一半內(nèi)存(X或Y)，還是作為一個(gè)48位字來(lái)使用。如果使用了附件DPRAM，則DPRAM將被映射進(jìn)PMAC內(nèi)存空間的固定位置。PMAC卡與DPRAM配合可以獲得更多的功能和靈活性。利用DPRAM可以實(shí)現(xiàn)PMAC與PIC進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)和命令通信，在向PMAC寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)通常用于在實(shí)時(shí)狀態(tài)下快速的位置數(shù)據(jù)和程序信息的重復(fù)下載，在從PMAC讀數(shù)據(jù)時(shí)通常用于重復(fù)快速地獲得狀態(tài)信息，包括電機(jī)狀態(tài)、位置、速度、跟隨誤差等數(shù)據(jù)不斷地更新并被PLC程序或PMAC自動(dòng)寫(xiě)入DPRAM。PC機(jī)能實(shí)時(shí)從DPRAM發(fā)送或獲取數(shù)據(jù)，從而快速完成通信。

(6)伺服系統(tǒng)的匹配。PMAC具有擴(kuò)展的、模擬的和數(shù)字的輸入輸出能力，通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)和接口卡，就可以控制步進(jìn)、交/直流伺服、線(xiàn)性電機(jī)、液壓伺服等各類(lèi)電機(jī)。

(7)可以接受各類(lèi)反饋。PMAC的DSP與受控軸之間的接口是通過(guò)被稱(chēng)為DSPGATE的特殊門(mén)陣列ICS來(lái)實(shí)現(xiàn)的。每一個(gè)DSPGATE控制四路編碼器輸入和四個(gè)模擬輸出通道，PMAC可直接接受0～5V的增量式A/B正交編碼器信號(hào)，單端和差動(dòng)輸入都可以。同時(shí)，使用合適的附件，它還能夠接受旋轉(zhuǎn)變壓器、絕對(duì)編碼器、模擬量或者磁致伸縮線(xiàn)性位移傳感器等的反饋。PMAC運(yùn)動(dòng)控制器高度的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)靈活性允許用戶(hù)為任一電機(jī)通道分配任一反饋編碼通道。

(8)與PC通信。PMAC可通過(guò)串行端口、總線(xiàn)端口和雙端口RAM方式實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信。PMAC的RS-422接受器可以接收來(lái)自于RS-422信號(hào)，但噪聲容限則趨向最低。PMAC可以隨時(shí)與主機(jī)通信，甚至在一個(gè)運(yùn)動(dòng)序列中間也可以通信；PMAC將命令放入一個(gè)程序緩沖區(qū)在一個(gè)任務(wù)優(yōu)先級(jí)程序控制下執(zhí)行，提供數(shù)據(jù)以響應(yīng)主機(jī)，如果命令是非法的，它將會(huì)向主機(jī)報(bào)錯(cuò)。

(9)內(nèi)裝軟件化的PLC。PLC程序用于執(zhí)行監(jiān)視模擬和數(shù)字輸入，設(shè)置輸出，發(fā)送信息，監(jiān)視運(yùn)動(dòng)參數(shù)，改變?cè)鲆嬉约伴_(kāi)始和停止運(yùn)動(dòng)等與運(yùn)動(dòng)不同步的操作。PMAC在處理器時(shí)間允許的情況下盡可能快地連續(xù)掃描它們的操作，最多可擴(kuò)展到1024點(diǎn)。

(10)安全性。一個(gè)高性能的數(shù)控系統(tǒng)不僅要求強(qiáng)大的伺服控制能力，其安全性也具有十分重要的地位。安全性包括兩個(gè)方面：一是系統(tǒng)調(diào)試時(shí)在極限狀態(tài)過(guò)程中所表現(xiàn)的穩(wěn)定性，這一點(diǎn)關(guān)系到調(diào)試人員的安全；二是系統(tǒng)在日常運(yùn)行過(guò)程中所表現(xiàn)的系統(tǒng)損壞以及危及工作者安全的穩(wěn)定性，這主要是指系統(tǒng)保持性能。PMAC所組成的數(shù)控系統(tǒng)的安全性是通過(guò)幾個(gè)極限狀態(tài)的限制來(lái)完成的。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

黎明 - 副教授 - 西南大學(xué)