UMAC多轴运动控制器

2.2 UMAC多轴运动控制器

2.2.1 UMAC的介绍
TX1600G镗铣加工中心的数控系统是在UMAC多轴运动控制器的基础上开 发的开放式数控系统。UMAC(Universal Motion and Automation Controller)是由美国 Delta Tau公司推出的一种功能强大的多轴运动控制器，它集运动控制、数据采集 及PLC逻辑控制等功能为一体，是当今开世界上功能强大的运动控制器之一[23]。
UMAC是一台拥有独立内存，可以独立运算的计算机，它既可以通过存储在 内部的程序独立地工作，也可以接受工控机的命令。它还具有实时性和多任务性，能够自动地把任务进行优先等级判别，并按优先等级执行。在整个控制系统中急 停功能、机械限位、硬件故障等优先级高，当UMAC的CPU中出现此类任务 时，CPU会首先执行此任务，能够减少机床事故的发生。
2.2.2UMAC的优越性
1.UMAC是一种由一套3U结构的欧洲标准卡组成的模块化Turbo PMAC2 系统级控制器[24]。它采用的处理器为Motorola DSP56303系列数字信号处理器 (80MHz)，比普通PMAC的处理器的性能高级。UMAC多可以同时控制32轴， 普通的PMAC只能同时控制8轴的运动。
2.UMAC控制器外型呈3U框架结构，根据用户需求可选择不同尺寸的3U 机架。在UMAC的3U机架中有封装好的电子器件，内置的连接器以及电源模块 [25]。3U结构的UMAC控制器如图2.2所示，3U框架内通常有4到18个插卡槽， 可根据工业实际需要选择不同的附件板（如轴板，I/O板、CPU板），将其插入3U 机架中，各附件板通过背板与UMAC连接[25]。各附件板可从3U机架中滑入和滑 出，减少了系统配置和排除故障的时间，其模块化设计也大大提高了系统的开放 性和稳定性。而一般的PMAC运功控制卡装在工控机的插槽中，与各附件板卡通 过导线相连，这种连接方式故障率高、安装效率低，不利于故障的查找，而且维 修不方便。
3.UMAC有高速USB接口、串口、总线、Ethernet或MACRO光缆接口等
通讯方式。其中总线形式包括：ISA总线、PCI总线、VEM总线和PC/104嵌入式 微机，而PMAC只有PCI,ISA总线和串口通讯。课题中UMAC与上位机采用以太 网（Ethernet)进行通讯，这种通讯方式具有传输速度快、成本低、可靠性高等特点。
4.UMAC的处理速度和存储性能优于普通PMAC，而且功能强大，在PMAC的基础上增加了 3维刀具半径补偿，多路复用器端口功能等。

2.2.3UMAC附件板的介绍
CPU板：UMAC有两种CPU主板可供选择，一种是Turbo PMAC2 CPU板，
它是一种完全独立控制的Turbo PMAC2，作为一个独立的单元插在3U机架中。 一种是MACRO接口 CPU板，UMAC MACRO系统是通过光纤或双绞线远距离连 接PMAC2Ultralite板，优点是在很大程度上减少了布线的复杂性，消除了远距离 传输和电磁的干扰[26]。
ACC24E-2A:是UMAC的一种扩展轴卡，它可提供四通道或两通道的伺服控 制器轴口，其两通道的ACC24E-2A结构图如图2.3所示。该轴卡主要由：高度集 成的伺服控制门阵列、缓存电路、接口电路等组成。可提供-10V? 10V的模拟电 压输出，并设有编码器反馈信号输入端口，从而实现对伺服电机的闭环控制[27]。
ACC-65E:是UMAC Turbo或MACRO系统的通用输入输出（I/O)板，提供 24通道的光电隔离的输入接口和24通道的光电隔离的输出接口，其输入信号电压 为 12?24Vdc。
ACC-66E:提供48通道的光电隔离的输入接口板，其输入信号电压为 12-24Vdc。
2.2.4UMAC控制变量的介绍
UMAC定义了很多变量，主要有I、M、P、Q四种类型的变量。每种类型的 变量均为8192个，其控制功能不同。
I变量主要用于初始化设置和系统多功能设置，其中包括电机设置、数据采集、 A/D转化、坐标系、编码器设置等功能。I变量是一种系统定义好的全局变量，内 存中有其定义好的存储地址[28]。在基于UMAC的数控系统的二次开发以及伺服系统的调试中，都必须掌握相关变量的使用方法。用户在UMAC自带的调试软件 PEWIN32PRO中的TERMINAL窗口可以查看或设置I变量的值。
M变量是一种指针变量，用户可以利用该变量对UMAC的内存和I/O空间 进行取存操作。开发商对M变量没有预先定义，需用户自己定义。定义M变量 就是为其分配在UMAC存储器中的地址，并其内存大小和格式[29]。
P变量是一种通用的用户变量，在系统中有固定的地址，系统没有对其定义， 其值与坐标系无关。Q变量与P变量类似，只是Q变量的使用与所在的坐标系有 关，是一种局部用户变量。Q变量还有特殊用途，当Read读取A-Z字母变量值， 将其值保存到Q101-Q126中[21]。