詳解基于Windows CE的激光切割機開(kāi)放式數控系統的研究

2.3 開(kāi)放式數控系統的硬件結構

圖4示出了采用PMAC運動(dòng)控制器構造的激光切割機開(kāi)放式數控系統結構。

圖4激光切割機控制系統圖

3.數控系統軟件的設計與實(shí)現

3.1 基于Windows CE的數控系統軟件的總體結構

在已有的同類(lèi)數控系統中，大多數系統是基于DOS環(huán)境的，其綜合性能相對于Windows環(huán)境就弱一些，尤其是人機交互界面、多任務(wù)以及開(kāi)放性方面比較差。主從計算機間的實(shí)時(shí)信息交換通訊是實(shí)現上下位機間協(xié)調工作的關(guān)鍵。本數控系統在實(shí)時(shí)性要求方面與機器人控制相似，如果使用Windows中專(zhuān)用的定時(shí)器控件Timer，雖然使用很方便，可以實(shí)現一定的定時(shí)功能，但最小計時(shí)精度僅為55ms，且定時(shí)器消息在多任務(wù)操作系統中的優(yōu)先級很低，不能得到及時(shí)響應，無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制環(huán)境下的應用。所以考慮使用精度更高的多媒體定時(shí)器，它可以實(shí)現精度為1ms的高精度定時(shí)，可以滿(mǎn)足本系統的實(shí)時(shí)性要求。多媒體定時(shí)器不依賴(lài)于消息機制，而是由函數TimerSetEvent ( )產(chǎn)生一個(gè)獨立的線(xiàn)程，在一定的中斷次數到達后，直接調用預先設置好的回調函數進(jìn)行處理，而不必等到應用程序的消息隊列為空。因而設置該回調函數來(lái)完成周期掃描I/O卡的輸入端口，以及向系統定時(shí)發(fā)送消息，使其及時(shí)更新界面和界面中的數據。為提高系統的可靠性，多媒體定時(shí)器在整個(gè)控制程序初始化時(shí)開(kāi)啟，并在系統退出時(shí)刪除定時(shí)器以釋放系統資源。每一個(gè)Windows應用程序都是一個(gè)進(jìn)程，并由線(xiàn)程來(lái)負責執行包含在進(jìn)程地址空間中的代碼。實(shí)際上，每個(gè)進(jìn)程可以擁有多個(gè)線(xiàn)程，它們在進(jìn)程的地址空間中“同時(shí)地”執行代碼。本數控系統軟件中，采用了前后臺型的多線(xiàn)程結構形式。前臺程序由系統主線(xiàn)程和定時(shí)器控制，主要完成界面管理、功能控制、系統管理等，并負責響應按鍵與界面輸入的數據，即實(shí)現管理層的功能。后臺程序放在輔助線(xiàn)程中，負責進(jìn)行數控代碼的編譯處理，向PMAC發(fā)送命令以及實(shí)時(shí)數據采集，實(shí)現了控制層的功能。

3.2 G代碼轉換模塊的實(shí)現

為了使PMAC控制卡兼容G代碼指令，專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了G代碼編譯轉換模塊，大大提高該控制系統的開(kāi)放性和兼容性，為熟悉G代碼編程的用戶(hù)提供了方便。本編譯模塊使用了多線(xiàn)程的方法。多線(xiàn)程的應用使程序的并行處理得以實(shí)現，多線(xiàn)程使得不同的代碼可以“同時(shí)”執行。本模塊采用了工作者線(xiàn)程，其適用于處理后臺任務(wù)，而不影響用戶(hù)對應用程序的使用。工作者線(xiàn)程僅僅由一個(gè)函數體實(shí)現，其實(shí)現簡(jiǎn)單，便于編程者控制，與事件同步方法相配合能對中止消息做出較快反應。事件同步是通過(guò)將事件自身設置為有信號或無(wú)信號來(lái)通知其它線(xiàn)程的某一操作已完成或尚未完成，其設置可由編程人員手工完成，適合于工控程序應用。

與之相對應，本模塊具有一個(gè)主線(xiàn)程和兩個(gè)子線(xiàn)程，其中一個(gè)子線(xiàn)程為通信線(xiàn)程，另一個(gè)為計算線(xiàn)程。主線(xiàn)程是Windows下每個(gè)應用程序都具備的，負責線(xiàn)程間的同步、向計算線(xiàn)程和通信線(xiàn)程傳遞參數、管理人機界面、接收用戶(hù)輸入等功能。通信線(xiàn)程通過(guò)通信端口(本程序涉及的是PCI接口)負責與下端的設備進(jìn)行通信并交換數據。計算線(xiàn)程負責核心算法的實(shí)現，根據系統的不同完成不同的數據處理任務(wù)。程序結構如圖5。

圖5多線(xiàn)程結構示意圖

4.結論

Windows CE以其良好的實(shí)時(shí)性和對多線(xiàn)程的支持，為實(shí)現總線(xiàn)式、模塊化、開(kāi)放式的數控系統提供了便利。隨著(zhù)Windows CE. NET系統的不斷完善， PC機速度的不斷升級，其可以應用的軟硬件資源不斷發(fā)展，開(kāi)放式數控系統必將受到國內外的普遍關(guān)注。