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摘要：该开放式数控教学平台以PMAC可编程多轴运动控制器为核心，以Windows操作系统为软件平台。在此基础上，对其硬件结构和软件体系进行了设计和研究。该实验教学平台为无负载试验台，具有高度的开放性，由三坐标联动控制，满足了高等学校机电传动控制与数控技术教学实际需要。可以使学生在教师指导下，实现改变数控系统的控制功能和结构特征，完善学生知识结构，实现创造性的教学模式。
关键词：开放式数控平台 PMAC运动控制器 PC机
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（b）-0247-02
为了顺应数控技术在高等学校机电传动控制与数控技术教学实际需要出发，建立了一个基于PMAC的开放式数控教学平台，采用模块化的设计思想开发了一个数控教学平台，让学生从系统规划的高度和应用开发的层面来实施机械工程及自动化专业能力素质培养的目标。利用数控系统开放的特性，根据不同的教学实验阶段和不同的培养模式的要求，搭建相适应的软硬件平台，以适应本科教学和研究生教学的实际需要。因此，基于PMAC的开放式数控教学平台的研究势在必行。
1 数控教学平台的总体设计
1.1 数控教学实验平台的工作原理
基于PMAC的开放式数控教学平台采用PMAC运动控制卡片，配上PC微机，并结合数控铣钻床中本来就有的步进电机等主要驱动设备，构成一个具有三轴联动功能的开放式数控平台。实现NC代码编辑、编译、加工刀轨和实时三维运行控制的开放式数控铣钻系统。数控系统的工作流程如图1所示，顺序由PC、PMAC和伺服驱动系统三部分完成整个数控过程。
系统工作时，PC接收的各种输入信号主要包括：操作面板和机床上的控制按钮、选择开关等信号，各轴行程开关、机械零点开关等信号，机床电器动作、报警等信号。发出各种输出信号主要包括：指示灯信号，控制继电器、接触器等动作信号，伺服模块的速度信号等。这些信号经过I/O接口送至对应的继电器，以此控制相应的电器。
1.2 硬件体系结构设计
硬件部分提出了基于PC+运动控制卡的开放式数控系统方案。由以下三部分构成：（1）一块PMAC运动控制卡。 （2）一台控制机（PC）机：该控制系统具有标准长卡ISA总线，能方便嵌入PMAC卡。（3）机械部分、电路部分及驱动装置等。
考虑到该数控教学平台开放性很强，要适应很多种类的硬件操作平台，接收各种检测反馈元件的信号，系统的核心选用PMAC运动控制器。床X、Y、Z三轴联动，以及机床信号和控制面板开关量的实时控制等任务。工控机（IPC）部分使用的是且安装有Windows系统的PC机。能够控制数控系统的下位机，通过104总线的方式完成与上位机（即PC机）的通讯。步进电机转动的由脉冲分配器控制。
1.3 软件体系设计
数控系统的软件采用模块化没计，采用高级语言VC++ 6.0编写，通过PMAC提供的动态链接库管理实时运动程序。系统软件主要包括上位机人机界面、上下位机通信程序和PLC程序等几部分。软件的结构如图2所示。上位机人机界面为用户提供一个系统操作界面，在此界面下，系统的各功能模块以菜单和对话框的形式被调用。PLC控制程序用于机床系统开关量的逻辑控制。动态链接库PComm32提供函数同底层的虚拟设备驱动程序进行数据交换，然后由虚拟设备驱动程序直接和PMAC交换数据。
2 实验教学平台的应用
2.1 应用方法
根据不同的教学实验阶段和不同的教学目标，搭建相应的软硬件平台。对处于原理性熟悉阶段的教学活动，学生可只保留系统组成中体系规划部分；对处于技能性培训阶段的实验活动，可增加某些典型产品的仿真操作系统。结合教学平台的开放特性，可以为学生学习和掌握数控编程提供更大的空间。采用以上新的教学模式和方法，可以使学生掌握较深入的数控技术知识技能。通过一个阶段教学，学生的创新能力得到极大提高，学习热情和主动性明显好转。同时积极利用学院现有设备，也是对学院设备的二次开发利用，提高了设备的利用率，对本科和研究生教学有着积极的意义。
2.2 应用实例
通过让学生进行如下简单实验，了解PMAC的开放式数控教学平台的软硬件构成、特点及软数控功能模块的划分。通过编制数控加工程序，对数控加工过程进行仿真，加深对数控系统基本原理的理解，了解并体会数控装置内部信息流的处理过程：（1）了解数控机床的组成及功能。（2）接通电源，启动系统，进行手动“回零、点动、步进”等操作。（3）用MDI功能控制机床运行（程序指令：G91 X-10 Y-10 Z-20），观察程序轨迹及机床坐标变化。（4）在数控教学系统中输入程序，进行程序校验。
3 结语
该开放式数控教学平台的软、硬件模块化控制思想具有可扩展、可重构功能，是实现高速、高精度、高效的现代加工制造系统的重要组成部分，其软、硬件模块化控制思想具有可扩展、可重构功能，具有广泛的工程实践价值，值得推广使用。可以使学生在教师指导下设计实现改变数控系统的控制功能和结构特征，完善学生知识结构，实现创造性的教学模式，对本科和研究生教学有着积极的意义。但由于学生对数控系统没有深入的学习，对该教学平台的实验不能深入的了解，未能达到预期的教学目的。
参考文献
[1] 白海清.基于PMAC的数控试验台机械系统设计与软件开发[D].西安理工大学，2007.
[2] 王明红.数控技术[M].北京：清华大学出版社，2009.
[3] 叶志坚.基于PMAC的五轴数控弯丝机系统的研发[D].厦门大学，2009.
关键词：开放式数控平台 PMAC运动控制器 PC机
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（b）-0247-02
为了顺应数控技术在高等学校机电传动控制与数控技术教学实际需要出发，建立了一个基于PMAC的开放式数控教学平台，采用模块化的设计思想开发了一个数控教学平台，让学生从系统规划的高度和应用开发的层面来实施机械工程及自动化专业能力素质培养的目标。利用数控系统开放的特性，根据不同的教学实验阶段和不同的培养模式的要求，搭建相适应的软硬件平台，以适应本科教学和研究生教学的实际需要。因此，基于PMAC的开放式数控教学平台的研究势在必行。
1 数控教学平台的总体设计
1.1 数控教学实验平台的工作原理
基于PMAC的开放式数控教学平台采用PMAC运动控制卡片，配上PC微机，并结合数控铣钻床中本来就有的步进电机等主要驱动设备，构成一个具有三轴联动功能的开放式数控平台。实现NC代码编辑、编译、加工刀轨和实时三维运行控制的开放式数控铣钻系统。数控系统的工作流程如图1所示，顺序由PC、PMAC和伺服驱动系统三部分完成整个数控过程。
系统工作时，PC接收的各种输入信号主要包括：操作面板和机床上的控制按钮、选择开关等信号，各轴行程开关、机械零点开关等信号，机床电器动作、报警等信号。发出各种输出信号主要包括：指示灯信号，控制继电器、接触器等动作信号，伺服模块的速度信号等。这些信号经过I/O接口送至对应的继电器，以此控制相应的电器。
1.2 硬件体系结构设计
硬件部分提出了基于PC+运动控制卡的开放式数控系统方案。由以下三部分构成：（1）一块PMAC运动控制卡。 （2）一台控制机（PC）机：该控制系统具有标准长卡ISA总线，能方便嵌入PMAC卡。（3）机械部分、电路部分及驱动装置等。
考虑到该数控教学平台开放性很强，要适应很多种类的硬件操作平台，接收各种检测反馈元件的信号，系统的核心选用PMAC运动控制器。床X、Y、Z三轴联动，以及机床信号和控制面板开关量的实时控制等任务。工控机（IPC）部分使用的是且安装有Windows系统的PC机。能够控制数控系统的下位机，通过104总线的方式完成与上位机（即PC机）的通讯。步进电机转动的由脉冲分配器控制。
1.3 软件体系设计
数控系统的软件采用模块化没计，采用高级语言VC++ 6.0编写，通过PMAC提供的动态链接库管理实时运动程序。系统软件主要包括上位机人机界面、上下位机通信程序和PLC程序等几部分。软件的结构如图2所示。上位机人机界面为用户提供一个系统操作界面，在此界面下，系统的各功能模块以菜单和对话框的形式被调用。PLC控制程序用于机床系统开关量的逻辑控制。动态链接库PComm32提供函数同底层的虚拟设备驱动程序进行数据交换，然后由虚拟设备驱动程序直接和PMAC交换数据。
2 实验教学平台的应用
2.1 应用方法
根据不同的教学实验阶段和不同的教学目标，搭建相应的软硬件平台。对处于原理性熟悉阶段的教学活动，学生可只保留系统组成中体系规划部分；对处于技能性培训阶段的实验活动，可增加某些典型产品的仿真操作系统。结合教学平台的开放特性，可以为学生学习和掌握数控编程提供更大的空间。采用以上新的教学模式和方法，可以使学生掌握较深入的数控技术知识技能。通过一个阶段教学，学生的创新能力得到极大提高，学习热情和主动性明显好转。同时积极利用学院现有设备，也是对学院设备的二次开发利用，提高了设备的利用率，对本科和研究生教学有着积极的意义。
2.2 应用实例
通过让学生进行如下简单实验，了解PMAC的开放式数控教学平台的软硬件构成、特点及软数控功能模块的划分。通过编制数控加工程序，对数控加工过程进行仿真，加深对数控系统基本原理的理解，了解并体会数控装置内部信息流的处理过程：（1）了解数控机床的组成及功能。（2）接通电源，启动系统，进行手动“回零、点动、步进”等操作。（3）用MDI功能控制机床运行（程序指令：G91 X-10 Y-10 Z-20），观察程序轨迹及机床坐标变化。（4）在数控教学系统中输入程序，进行程序校验。
3 结语
该开放式数控教学平台的软、硬件模块化控制思想具有可扩展、可重构功能，是实现高速、高精度、高效的现代加工制造系统的重要组成部分，其软、硬件模块化控制思想具有可扩展、可重构功能，具有广泛的工程实践价值，值得推广使用。可以使学生在教师指导下设计实现改变数控系统的控制功能和结构特征，完善学生知识结构，实现创造性的教学模式，对本科和研究生教学有着积极的意义。但由于学生对数控系统没有深入的学习，对该教学平台的实验不能深入的了解，未能达到预期的教学目的。
参考文献
[1] 白海清.基于PMAC的数控试验台机械系统设计与软件开发[D].西安理工大学，2007.
[2] 王明红.数控技术[M].北京：清华大学出版社，2009.
[3] 叶志坚.基于PMAC的五轴数控弯丝机系统的研发[D].厦门大学，2009.