基于ADXI4的全軟型開放式數控系統研究與開發*

畢俊喜，薛志安

(內蒙古工業大學 機械學院，呼和浩特　010051)

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基于ADXI4的全軟型開放式數控系統研究與開發*

畢俊喜，薛志安

(內蒙古工業大學 機械學院，呼和浩特010051)

ADXI4 CNC是一種基于PC解決方案的全軟件開放式CNC系統，它所有的功能均由軟件實現。在通過對ADXI4系統硬件結構和軟件結構的分析后，依據愛迪納公司提供的ADXI4開發包在VB6.0上進行軟件的二次開發，開發出了全軟型四軸聯動數控系統，并在實驗平臺上進行了軟件的調試運行試驗，實現了預期的目標。

ADXI4 CNC;全軟型開放式數控系統;二次開發

0　引言

在 Windows 平臺上開發數控系統是目前數控系統發展的趨勢[1]，我們可以充分利用PC的軟硬件優勢以及開放性體系結構，來實現數控系統的模塊化、標準化、可移植化和網絡化等特點[2]，同時減少硬件規模、降低成本。

ADXI4 CNC是由愛迪納控制技術有限公司開發的基于PC的全軟型開放式數控系統，其核心技術來源于美國的Soft Servo System(3S)公司的S-100M、S-120M、S-140M全軟型數控系統。為了提高系統的實時性，愛迪納公司的技術人員為Windows系統嵌入了IntervalZero公司的RTX(Real-Time Extension)實時子系統[3]，其時鐘分辨率可達到0.1μs。RTX實時擴展技術使得ADXI4伺服控制程序可運行在PC上，由CPU執行所有的實時伺服任務。ADXI4 CNC的多任務實時軟件結構完全替代了運動控制卡來完成高實時性的伺服控制任務，有效的消除了硬件帶來的可靠性差，成本高等問題。利用該軟伺服內核技術，用戶可以在Windows系統下進行二次開發，開發出有自己特色的CNC產品。

1　ADXI4 CNC系統結構

1.1硬件結構

ADXI4 CNC的核心技術是軟件運動控制(Soft Motion)和實時以太網總線(EtherCAT)兩者結合的零硬件開放式構架，系統無需運動控制卡即可完成任務傳輸,通過計算機CPU的強大功能,完成全部所需的實時伺服控制和CNC任務，如：反饋回路,G代碼處理和PLC,圖形用戶界面和網絡通訊等[4]。圖l為ADXI4配置結構圖。

DX-110A為數控系統接口模塊，可作為模擬主軸0-10V接口、5V脈沖手輪接口和控制面板的16位輸入/16位輸出。IX-320是數字輸入輸出模塊，32位輸入/32位輸出，可外接分線器和繼電器模塊。

整個系統通信采用EtherCAT總線，使用網線RJ45依次把伺服驅動器、DX-110A和IX-320等設備端的總線接口以單向鏈的方式串聯起來，無需其他硬件，可以同時控制多達64軸。EtherCAT的三層網絡結構有很好的實時性，其以標準的以太網卡作為物理層，在PC上進行通訊協議內容的驅動，使技術人員離開硬件設備開發數控系統成為了可能[5]。EtherCAT帶寬100M，30μs更新1000個I/O，100個伺服軸的通訊僅需100μs[6]，分布時鐘(DC)技術使軸的同步偏差小于1ms。采用EtherCAT平臺的特點有：傳輸速率快、接線簡單、硬件成本低等。可選配EtherCAT伺服驅動器的有德國路斯特SOJ、SERVOC，日本山洋R Advanced，安川Sigma5等，同時根據實際負載可匹配相應的伺服電機。

圖1　ADXI系列配置結構圖

1.2軟件系統

ADXI4 CNC系統需要在純凈的WindowsXP/7系統下運行。在ADXI4軟件系統結構中(圖2所示)，主機內的軟件分為：Windows系統層，實時子系統層，以及兩者之間的接口層DLL(Dynamic Link Library)動態連接庫，其中計算機CPU給實時子系統層最高的獨占的中斷優先級。

實時子系統層包含三個模塊：運動控制引擎、PLC引擎和G代碼解釋器[7]。其中運動控制引擎是實時子系統層的核心，負責對所有任務的調度和控制，可完成：插補、速度控制、位置控制、誤差補償、NC路徑的生成和PID控制等[8]。

PLC引擎是ADXI4系統中的軟PLC的應用平臺，它的的掃描周期是5ms，擁有38條指令功能和12條基本命令，能夠訪問所有的I/O點，可檢測運動狀態和發送運動指令，并能與Fanuc PLC指令和梯形圖邏輯兼容。

G代碼解釋器是用來處理ADXI4系統中的G代碼的，可將整個G代碼文件全部寫入系統中。其處理速度為1000條指令每秒。

ADXI4 CNC還為用戶提供了宏程序功能，用戶可以使用變量進行算數運算、邏輯運算和函數的混合邏輯運算，還可進行分支程序和條件循環語句的無限制嵌套。宏程序功能方便了復雜零件加工程序的編制以及精簡了程序量。ADXI4 CNC是通過調用API函數中的4 個宏定義函數，即sssGetLocalMacroVar、sssGeGlobalMacroVar、sssGetPermanentMacroVar、sssSetPermanentMacroVar 來實現局部變量、全局變量、變量引用、變量賦值的功能[9]。ADXI4 CNC伺服控制周期為0.25～1ms，最大定位速度為300m/min，高速/高精度加工可達60 m/min[10]，其基本功能有：

1)軟PLC功能；

2)轉角加減速功能，確保高速加工高精度；

3)3D動態前瞻輪廓控制(3D-DLACC)，高速高精加工時預處理1000程序段；

4)法線方向控制和斜邊切割；

5)標準G代碼，每秒可處理1000程序段；

6)可使用絕對值/光柵反饋信號；

7)6個工件坐標系；

8)刀具長度補償和刀具半徑補償；

9)螺距補償；

10)象限突起補償；

11)直線度補償；

12)圓弧插補速度控制；

13)刀具中心點控制(TCP)。

圖2　ADXI4軟件技術模塊圖

2　ADXI4 CNC軟件二次開發

愛迪納控制技術有限公司為全軟型數控系統二次開發提供了ADXI4 CNC軟件開發包，ADXI4開發包擁有：應用軟件接口模塊庫(SWAPI/MAPI)，SWAPI/MAPI源代碼等。在開發軟件系統、培訓技術人員和測試軟件時，可以選擇模擬引擎運行直接在個人PC上進行操作或訓練。

ADXI4 CNC方便、簡化了系統的二次開發，如使用VB6.0和VB.net編程工具可開發出滿足自己工作需要的全軟型數控系統及相關應用程序。

通過使用愛迪納公司提供的ADXI4 CNC軟件開發包，在VB6.0環境中對原有的數據系統進行了二次開發，獲得了符合要求的操作界面。圖3為未進行二次開發時的ADXI4 CNC軟件系統主界面，其為五軸聯動數控系統，通過修改軟件代碼，減少一軸，軟件就成為四軸聯動數控系統；同理，可通過更改軟件代碼可使軟件成為三軸聯動數控系統。圖4為開發后的四軸聯動數控系統主界面。本文主要研究開發關于四軸聯動控制系統，保證系統滿足用戶的特殊需求并可以正常運行。

圖3　ADXI4 CNC主界面圖

圖4　四軸主界面圖

3　四軸聯動數控系統調試

四軸數控系統在實驗臺工控機上運行之前，需要在VB6.0中把它的引擎由Simulation Engines改為RealTime Engines。在S100M-PubFunctions模塊中為DriverType賦值：

DriverType=0

使DriverType的值由默認的1變為0，即可為軟件系統更換引擎，并在VB6.0軟件中生成sizhousukong.exe文件。

在軟件導入工控機后，我們打開軟件，選擇MDI模式，輸入如下一段簡單的NC程序:

G90G01F2000

X10000Y10000Z10000A10000

M99

單擊運行后，軟件界面如圖5所示。

圖5　四軸數控調試界面圖

4　結束語

本文所研究的在ADXI4 CNC開發包的基礎上，進行二次開發得到的四軸聯動數控系統，利用了開放式數控系統便于進行二次開發來滿足用戶各種特殊需要的優點，并在實驗平臺上實現了四軸機床的基本功能，為ADXI4 CNC在實際四軸機床上的應用奠定了一定的理論基礎，具有一定使用與推廣價值。與傳統的數控系統相比，ADXI4 CNC實現了控制器的PC化和控制方案的軟件化，具有較好的發展前景。

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(編輯李秀敏)

Research and Development on the Opened all Soft Type CNC System Based on ADXI4

BI Jun-xi,XUE Zhi-an

(Institute of Mechanical Engineering,Inner Mongolia University of Technology,Hohhot 010051,China)

ADXI4 CNC is a solution of open CNC system software based on PC,which all the functions are accomplished by software. After the adoption of the ADXI4 system hardware and software architecture analysis,based on ADXI4 Amoy Dynamics company provides software development kit for secondary development on VB6.0, we developed a four axis linkage numerical control system,and the software was debugged in the experiment platform and achieved the expected goals.

ADXI4 CNC;all soft type open CNC system;secondary development

1001-2265(2016)07-0102-03DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.07.029

2015-09-17；

2015-10-21

內蒙古自然科學基金項目(2016MS0539)

畢俊喜(1974—)，男，呼和浩特人，內蒙古工業大學副教授，博士，研究方向為數控技術；通訊作者：薛志安(1989—)，男，呼和浩特人，內蒙古工業大學碩士研究生，研究方向為數控技術，(E-mail)974448960@qq.com。

TH166;TG165

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