基于PMAC的G代碼連續(xù)下載技術(shù)研究

侯明鵬，丁 賓

（1.北京機(jī)科國創(chuàng)輕量化科學(xué)研究院有限公司，北京 100044；2.北京金隅科技學(xué)校，北京 102403）

0 引言

隨著制造業(yè)的發(fā)展，從數(shù)控技術(shù)角度而言，自動化、柔性化、集成化、智能化是未來數(shù)控技術(shù)發(fā)展的方向。從生產(chǎn)方式角度而言，生產(chǎn)方式正在從批量化的生產(chǎn)方式向多品種、小批量的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變，對數(shù)控系統(tǒng)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的封閉式數(shù)控系統(tǒng)很難滿足行業(yè)及技術(shù)的不斷更新及變化，不能滿足市場發(fā)展的需要。因此，開放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，PMAC作為開放式數(shù)控系統(tǒng)的典型代表，具有功能豐富、可擴(kuò)展、可移植等諸多優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用[1,2]。在鑄造行業(yè)中，特種加工裝備根據(jù)鑄造特殊工藝，采用“PC+PMAC”的開放式數(shù)控系統(tǒng)架構(gòu)，基于PMAC的二次開發(fā)，結(jié)合砂型加工工藝，開發(fā)出專用的數(shù)控系統(tǒng)軟件，具有柔性化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等特點(diǎn)，滿足了鑄造砂型的多品種、小批量試制件的生產(chǎn)需要[3]。然而，由于PMAC硬件存儲空間的限制，無法滿足大容量文件的下載，因此，本文提出通過將大文件拆分的方法，解決連續(xù)下載的問題。

1 基于PMAC的G代碼讀取

1.1 PMAC程序指令緩沖區(qū)類型

PMAC可編程多軸運(yùn)動控制卡（program multiple axis controller），是美國DELTA TAU公司的產(chǎn)品，是集運(yùn)動軸控制、PLC控制以及數(shù)據(jù)采集于一體的多功能的運(yùn)動控制產(chǎn)品[4]。Turbo PMAC包括多種類型緩沖區(qū)：224個運(yùn)動程序緩沖區(qū)（prog）、16個旋轉(zhuǎn)運(yùn)動程序緩沖區(qū)（rot）、16個正向運(yùn)動學(xué)子程序緩沖區(qū)（forward）、16個逆向運(yùn)動學(xué)子程序緩沖區(qū)（inverse）和32個未編譯的PLC程序緩沖區(qū)（plc）。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動程序緩沖區(qū)多用于機(jī)床G代碼加工程序的執(zhí)行，該緩沖區(qū)為即將執(zhí)行的命令行提供存儲區(qū)域，PMAC從該緩沖區(qū)讀取并執(zhí)行指令，在執(zhí)行運(yùn)動程序的同時打開緩沖區(qū)，用于從主機(jī)輸入程序指令。

1.2 G代碼的讀取

PMAC卡允許執(zhí)行機(jī)床類型的G代碼程序，它將把G、M、T和D代碼作為子程序調(diào)用[5]。G代碼指令對應(yīng)PMAC中“PROG 1000”子程序，M代碼指令對應(yīng)PMAC中“PROG 1001”子程序，字母“G”后面的數(shù)值對應(yīng)子程序中數(shù)值“N”程序段。例如：Gxx被解釋成PROG 1000的標(biāo)號為Nxx000的子程序；Mxx被解釋成PROG 1001的標(biāo)號為Nxx000的子程序。PMAC在相應(yīng)的子程序中，將G代碼指令翻譯成PMAC指令，用戶如果要定制G代碼，可以修改對應(yīng)的子程序。部分G代碼指令如表1所示。

2 G代碼文件拆分、連續(xù)下載方法

2.1 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動程序緩沖區(qū)容量限制問題

由于PMAC用于緩沖區(qū)的存儲空間非常有限，用戶程序存儲容量大約為300KB，單個運(yùn)動程序緩沖區(qū)最大容量只有50KB左右[6]。因此，一次下載的程序行數(shù)量不能超過存儲容量。要解決這個問題就需要利用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動程序緩沖區(qū)，它允許接收運(yùn)動程序指令，每個程序指令被添加到指令列表的末尾，并覆蓋掉已執(zhí)行完的程序行，這樣循環(huán)讀取下載所需的指令行。常用的方式是在上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)中，循環(huán)讀取固定行數(shù)（例如：10000行）下載到定義好的緩沖區(qū)中，設(shè)置定時器發(fā)送“PR”指令報(bào)告循環(huán)程序緩沖區(qū)中還將要被計(jì)算的程序行數(shù)，根據(jù)已執(zhí)行行數(shù)判斷是否需要下載新的程序行。流程圖如圖1所示。

表1 G代碼指令轉(zhuǎn)換表

圖1 循環(huán)讀指令行流程圖

這種方式雖然可以避免內(nèi)存空間不夠?qū)е碌南螺d失敗，但是“PR”指令需要實(shí)時訪問并返回結(jié)果，指令讀取涉及文件、字符串操作，占用了大量的內(nèi)存，增加了軟件的運(yùn)行負(fù)擔(dān)導(dǎo)致不穩(wěn)定。鑒于以上較大容量G代碼程序下載存在的問題，本文提出了將大容量G代碼程序文件等大小進(jìn)行分割，實(shí)現(xiàn)文件的連續(xù)下載的新方法。

2.2 G代碼程序文件分割，連續(xù)下載技術(shù)實(shí)現(xiàn)

為解決上述存在的問題，提出了一種新方法，該方法將軟件功能劃分為實(shí)時任務(wù)和非實(shí)時任務(wù)，分為兩步完成。第一步，非實(shí)時任務(wù)將G代碼程序文件拆分成若干小文件，每個小文件大小在50KB左右，滿足旋轉(zhuǎn)運(yùn)動程序緩沖區(qū)的容量要求，不會出現(xiàn)因文件較大超出內(nèi)存限制而導(dǎo)致下載失敗的錯誤。在拆分過程中，在每個文件的頭部加上“CLOSE OPEN ROT”，關(guān)閉上一個旋轉(zhuǎn)緩沖區(qū)，打開一個新的旋轉(zhuǎn)緩沖區(qū)，在每行指令末尾加上“F（P500）M0==i”其中“P500”變量是速度設(shè)置變量，通過設(shè)置“P500”的值可以實(shí)時調(diào)節(jié)加工進(jìn)給速度，“i”為行號，通過“M0”變量可以實(shí)時顯示當(dāng)前正在執(zhí)行的行號。當(dāng)寫入最后一個文件時，寫入“M03 M05”程序尾，關(guān)斷氣源，停止主軸操作。流程圖如圖2所示。

第二步，在上位機(jī)軟件中設(shè)置定時器，調(diào)用timer1_Tick（object sender，EventArgs e）函數(shù)，實(shí)時掃描讀取“M0”的值，當(dāng)“M0”的值在當(dāng)前文件的第600行和700行之間時，開始下載下一個文件，調(diào)用PMAC.Download（pmacNumber，fileDirectory，true，true，true，true，out downloadSuccess）函數(shù)，通過下載標(biāo)志位（bool b）確保文件下載函數(shù)只執(zhí)行一次，如此循環(huán)，直至全部下載執(zhí)行完畢。流程圖如圖3所示。

圖2 G代碼文件拆分流程圖

圖3 文件連續(xù)下載流程圖

2.3 PC端上位機(jī)軟件開發(fā)

PC端上位機(jī)軟件開發(fā)在Windows環(huán)境下采用Visual Studio 2013編程實(shí)現(xiàn)，將G代碼文件按照每1000行為一個小文件拆分，保存在G代碼文件所在的根目錄下，同時利用“ListBox1”控件顯示拆分后的文件目錄以及每個文件的指令行。此操作均在上位機(jī)PC端運(yùn)行，減輕了控制卡的運(yùn)算負(fù)擔(dān)。點(diǎn)擊“程序段執(zhí)行”后，系統(tǒng)發(fā)送“&1R”指令給PMAC控制卡，執(zhí)行G代碼，同時讀取“M0”的值并賦值給“ListBox2”控件當(dāng)前索引并高亮顯示，“M0”表示系統(tǒng)正在執(zhí)行的行號。此外，該下載方式可以選擇在任意程序段開始執(zhí)行程序，當(dāng)程序中斷時，可以根據(jù)系統(tǒng)記錄的文件號及行號自動在中斷處繼續(xù)加工，還可以顯示文件總數(shù)、程序行數(shù)、當(dāng)前文件、執(zhí)行進(jìn)度、速度等狀態(tài)信息，方便用戶查看。如圖4所示。

圖4 連續(xù)下載軟件界面

3 結(jié)語

針對特種設(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)二次開發(fā)是開放式數(shù)控系統(tǒng)的最顯著的優(yōu)勢，隨著PMAC的應(yīng)用越來越廣泛，利用此方法可以很好地解決G代碼“大”文件與PMAC“小”內(nèi)存之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)了G代碼文件的連續(xù)、有序、穩(wěn)定運(yùn)行，大大提高生產(chǎn)效率。同時結(jié)合不同領(lǐng)域的工藝特點(diǎn)，擴(kuò)展軟件功能滿足個性化生產(chǎn)的需要。