数控系统的运动控制器设计 许戴铭 （苏卅Ｉ工业职业技术学院） 摘要：介绍了一种基于￥３Ｃ４４Ｂ０微处理器与ＰＣＬ６０４５Ｂ控制芯片的运 部分程序源代码： 动控制器设计，并详细分析了实时插补方法和升降速的控制，满足了数控系 Ｐ６４５ ＹＹｒｅｇ （ＡＸＳ ＡＸ 统美于运动控制的要求。并通过在实验台的运行试验，证明了该控制器设计 ＷＰＲＭＤ，０ｘ０８００００６４ ） 的有效性。 ／ Ｘ轴：顺时针圆弧插补＊／ 关键词：ＰＣＬ６０４５Ｂ运动控制时间分割法括补升降速控制 Ｐ６４５ ｗｒｅｇ ｛ＡＸＳＡＹ —在ＰＡ＿￣Ｄ中的ＭＯＤ中选摺惯时针圆弧 插补模式，在Ｐ耻Ｄ中的Ｍ口Ｅ可以指 ０引言 ＷＰＲＭＤ，０×Ｏ８Ｏ００Ｏ６４ ） 定结束点自动完成功能 现代数控系统以其高精度、高效率、高可靠性的优点，在制造业 ／ Ｙ轴：顺时针圆弧插补 ／ 中得到了日益广泛的应用。现代加工对数控系统提出了很高的要求： Ｐ６４５ ｖｓｅｔ （Ａ×Ｓ ＡＸ． 为插补控制轴指定运动速度懊式 方面要能够实现各种加工情况下的准确定位，另一方面，又要能实 １ Ｌ，１００００Ｌ，３００，０，４９９９，４９ 时控制刀具运动轨迹和速度，保证切削过程的平稳和加工精度。这些 ９９， Ｓ’，０）： 都取决于数控系统的对机床运动的控制能力。本文讨论的是一种基 在Ｐ：￣ｖｌ＂Ｖ中输入结束点坐标 于嵌入式微处理器和运动控制芯片构成的运动控制器设计方案。利 ／ 插补控制轴（Ｘ轴）Ｓ曲线 用单片机对运动控制芯片进行控制，作为运动控制器的核心，实现高 升降速 ／ 在ＰＲ口中输入中心坐标 效的对伺服电机运动的控制。 １硬件设计 ／ １～１０ｋｐｐｓ ３００ｍｓ ／ 写入启动指令 运动控制器由单片机、键盘输入模块、Ｉ／Ｏ通信模块、液晶显示 ／ 运动范围＝（１０００ｏ＿－ 模块、运动控制模块和交流伺服电机驱动器构成。 １】／２＝４９９９ ／ ～困回国团 图１运动控制器结构 Ｐ６４５ ｗｒｅｇ（ＡＸＳ ＡＸ ，） 等待运动完成 ＜：＝二：＞ ＷＰＲＭＶ，０ｘ０００００３Ｅ８ 标 ／ ／ 输入Ｘ和Ｙ轴的结束点坐 Ｐ６４５ ．ｗｒｅｇ （ ＡＸＳ ＡＹ ，ＷＰＲＭＶ，０ｘ０００００３Ｅ８） 图２ ＸＹ面内圆弧插补控制流程 ／ （１０００，１０００） ， Ｐ６４５ ｗｒｅｇ（ＡＸＳ＿ＡＸ，ＷＰＲｌＰｊ ０ｘ０００００３Ｅ８）： ／ 输入× 和Ｙ轴的中心坐标 ／ ｜ 单片机选择三星ＡＲＭ７内核的￥３Ｃ４４Ｂ０微处理器。单片机作 为主要的控制单元分析操作指令，对外围接口发出控制信号、读写数 （１０００，０） ／ 据并与外部设备进行通信。并与运动控制芯片ＰＣＬ６０４５Ｂ通过总线 Ｐ６４５ｗｒｅｇ（ＡＸＳ—ＡＹ，ＷＰＲ Ｉ Ｐ，ＯｘＯ０００００００） 一相连，发送控制指令实现不同的运动控制。 Ｐ６４５ｗｒｅｇ（ＡＸＳ＿ＡＸ，ＷＰＲＩＰ，０ｘ０００００ＢＯＣ）； ／ 输入圆 键盘模块构成系统的输入模块。并对键盘中各个按键进行功能 弧插补步数（２８２８） ／ 定义，通过对键盘接口的读入就可以完成系统所需原始数据的输入 Ｐ６４５ ｗｃｏｍ （ＡＸＳ＿ＡＸ，（ＳＴＡＵＤ Ｉ ＳＥＬ一×ｌ ＳＥＬ＿＿Ｙ））： ／ 及对执行机构的运行进行控制。 写入高速启动指令２ ／ 显示模块部分采用图形液晶显示模块ＭＧＬＳ２４０１２８，实现对插 Ｐ６４５ ｗａｉｔ（ＡＸＳ＿ＡＸ）： ／ ＿等待电机停止 ／ 运动控制模块采用日本ＮＰＭ公司生产的可编程４轴驱动运动 ２．２进给速度和加减速控制在实际插补过程中，运动速度经常 控制芯片ＰＣＬ６０４５Ｂ及其接口芯片构成。通过总线接收￥３Ｃ４４Ｂ０的 需要根据加工要求随时可能进行调整，启动、匀速、停止这些阶段，当 控制指令和数据进行运算并以脉冲序列形式输出给伺服驱动器，用于 运动速度超过一定值时，还需要考虑防止由于速度激变产生冲击、失 实现对伺服电机的插补控制、速度控制等功能。ＰＣＬ６０４５Ｂ最多可控 步或者超程、振荡等问题，从而影响到加工的精度和质量。因此有必 制４轴的运动，包括２￣４轴线形插补以及任意两轴的圆弧插补。 要在插补前或插补后加入对运动速度的升降速控制。使得数控机床 ２系统软件设计 的运动速度能够做到平稳调速而避免剧烈变化。常见的升降速控制 ２．１插补运算影响数控系统运动控制能力的因素很多，在硬件 有两种，可以把加减速控制放在插补之前或者插补之后进行的，一般 系统和执行部件确定的情况下，插补的算法是主要因素。在实际／ｊＯＴ 情况采用的是Ｓ曲线的前加减速控制。它的优点是：不影响实际插 中，对于一些较复杂的工件轮廓形状，主要是应用小段的直线或圆弧 补输出的位置精度，相对于后加速控制位置精度要高；缺点是需根据 进行拟合的方法去逼近曲线，这种拟合方法就是“插补”。插补精度和 实际刀具位置和程序段终点之间的距离来确定减速点，计算工作量 插补速度就直接决定了数控系统的运动精度和控制速度。目前常用 大。这点对于现在的计算机来说，已经不是很重要了。 的两类插补算法是脉冲增量法和数字增量法。系统采用的 ３结束语 ＰＣＬ６０４５Ｂ具有完成插补运算的功能，整个过程由硬件控制，不 ＰＣＬ６０４５Ｂ是一款功能强大的运动控制芯片，本系统运动控制 需要软件干预。ＰＣＬ６０４５Ｂ内部给每个轴都对应了几十个寄存器，用 模块该芯片完成伺服电机的多轴协制，支持多种插补模式。并与 于设置各轴的工作状态、预设的运动指令参数、工作环境设定参数、 上位机通过总线相连，直接接受指令发出控制脉冲。具有很好的实用 计数器数、状态查询返回值等。通过对ＰＣＬ６０４５Ｂ内部对应寄存器 性和通用性。经过实验台的一段时间的运行，取得了较好的控制效 的初始化设置可以在４个轴中任意实现任意２～４轴之间的插补操 果，满足了数控系统实时性和精度的要求。 作。同时可以对相应的寄存器进行实时读取各轴的工作状态以及实 参考文献： 现对运动的实时监控。 ［’］ＰＣＬ６０４５８用户手册．日本ＮＩＰＰＯＮ ＰＵＬＳＥ Ｍ０ＴＯＲ公司，２００７． 下面是ＸＹ平面内半径为１０００个单位、９０。ＪＩＩ￣Ｂ，－ｔ针圆弧插补流 【２］叶佩青，张辉．编著．ＰＣＬ６０４５Ｂ运动控制与数控应用ＩＭ】．北京：清华大 程： ２８７ 学出版社．２００７ 补运算过程中运动轨迹和刀具位置等信息的实时数据显示。 ＪＤＢＣ技术在电子商务中的应用 柳川 （四川理工学院计算机学院） 摘要：ＪＤＢＣ（Ｊａｖａ Ｄａｔａｂａｓｅ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ）是一种用于执行ＳＱＬ语句 Ｍａｎａｇｅ ｒ的ｇｅｔＣｏｎｎｅｃｔｉｎ（Ｓｔｒｉｎｇ ｕｒｌ，Ｓｔｒｉｎｇ ｕｓｅｒｎａｍｅ， Ｓｔｒｉｎｇ 的ＪａｖａＡＰＩ。它由一组用Ｊａｖａ编程语言编写的类和接口组成，为Ｊａｖａ应用 ｐａｓｓｗｏｒｄ）方法传入指定的欲连接的数据库的路径、数据库的用户 程序与各种不同数据库之间进行对话提供了一种便捷的方法，使得开发人员 名和密码来获得。 能够用纯ＪａｖａＡＰＩ来编写具有平台无关性的数据库应用程序。ＪＤＢＣ的出现 ４创建一个Ｓｔａｔｅｍｅｎｔ 使Ｊａｖａ程序对各种数据库的访问能力大大增强。通过使用ＪＤＢＣ，开发人员 可以很方便地将ＳＱＬ语句传送给几乎任何一种数据库。 关键词：ＪＤＢＣ技术 要执行ＳＱＬ语句，必须获得ｉａｖａ．ｓｑ１．Ｓｔａｔｅｍｅｎｔ实例，Ｓｔａｔｅ— ｍｅｎｔ实例分为以下３种类型： ①执行静态ｓＱＬ语句。通常通过Ｓｔａｔｅｍｅｎｔ实例实现。②执行 在常见商务网站开发过程中，几乎每个页面都用到了与数据库 动态ＳＱＬ语句。通常通过ＰｒｅｐａｒｅｄＳｔａｔｅｍｅｎｔ实例实现。③执行数 的操作，对于ＪＤＢＣ编程技术的理解直接影响我们的开发进行，所 以，需要对ＪＤＢＣ数据库的操作机制详细研究。ＪＤＢＣ（Ｊａｖａ 据库存储过程。通常通过ＣａｌｌａｂｌｅＳｔａｔｅｍｅｎｔ实例实现。 Ｄａｔａｂａｓｅ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ）是一种用于执行ＳＱＬ语句的ＪａｖａＡＰＩ。它 ５ Ｓｔａｔｅｍｅｎｔ接口提供了三种执行ＳＱＬ语句的方法：ｅｘｅｃｕｔｅ－ 由一组用Ｊａｖａ编程语言编写的类和接口组成，为Ｊａｖａ应用程序与 Ｑｕｅｒｙ、ｅｘｅｃｕｔｅＵｐｄａｔｅ和ｅｘｅｃｕｔｅ 各种不同数据库之间进行对话提供了一种便捷的方法，使得开发人 （１）ＲｅｓｕｌｔＳｅｔ ｅｘｅｃｕｔｅＱｕｅｒｙ（Ｓｔｒｉｎｇ ｓｑｌＳｔｒｉｎｇ）：执行查询数据库 员能够用纯ＪａｖａＡＰＩ来编写具有平台无关性的数据库应用程序。 的ＳＱＬ语句，返回一个结果集（ＲｅｓｕｌｔＳｅｔ）对象。②ｉｎｔ ｅｘｅｃｕｔｅ— ＪＤＢＣ的出现使Ｊａｖａ程序对各种数据库的访问能力大大增强。通过 Ｕｐｄａｔｅ（Ｓｔｒｉｎｇ ｓｑｌＳｔｒｉｎｇ）：用于执行ｌＮＳＥＲＴ、ＵＰＤＡＴＥ或ＤＥＬＥＴＥ 使用ＪＤＢＣ，开发人员可以很方便地将ＳＱＬ语句传送给几乎任何一 语句以及ＳＱＬ ＤＤＬ语句，如：ＣＲＥＡＴＥ ＴＡＢＬＥ和ＤＲＯＰ ＴＡＢＬＥ 种数据库。ＪＤＢＣ的体系结构：目前，应用程序与数据库进行信息交 等。③ｅ×ｅｃｕｔｅ（ｓｑ｝Ｓ ｎｇ）：用于执行返回多个结果集、多个更新计数 换已经非常普遍。因此，一个程序设计语言对数据库开发能力的大 或二者组合的语句。 小，决定着该语言的流行程度。在ＪＤＫ１．１版本之前，Ｊａｖａ语言提供 ６处理结果两种情况 的对数据库访问支持的能力是很弱的，编程人员不得不在Ｊａｖａ程序 ①执行更新返回的是本次操作影响到的记录数。②执行查询返 中加入Ｃ语言的ＯＤＢＣ（ＯｐｅｎＤａｔａｂａｓｅＣｏｎｎｅｃｔ ｔｙ）函数调用，这 回的结果是一个ＲｅｓｕｌｔＳｅｔ对象。ＲｅｓｕｌｔＳｅｔ包含符合ＳＱＬ语句中 使得Ｊａｖａ程序的跨平台发布能力受到很大的。ＪＤＢＣ的出现使 条件的所有行，并且它通过一套ｇｅｔ方法提供了对这些行中数据的 Ｊａｖａ程序对各种数据库的访问能力大大增强。它为Ｊａｖａ定义了一 访问。使用结果集（ＲｅｓｕｌｔＳｅｔ）对象的访问方法获取数据。 个“调用级”（ｃａｌｌ—ｌｅｖｅ１）的ＳＱＬ接口。这意味着我们可以执行原原 ７关闭ＪＤＢＣ对象 本本的ＳＱＬ语句并且取回结果。通过使用ＪＤＢＣ，开发人员可以很 操作完成以后要把所有使用的ＪＤＢＣ对象全都关闭，以释放 方便地将ＳＱＬ语句传送给几乎任何一种数据库。ＪＤＢＣ扩展了Ｊａｖａ ＪＤＢＣ资源，关闭顺序和声明顺序相反： 的能力，它和ＪＤＢＣ的结合可以让开发人员在开发数据库应用时真 ①关闭记录集②关闭声明③关闭连接对象 正实现“ＷｒｉｔｅＯｎｃｅ，ＲｕｎＥｖｅｒｙｗｈｅｒｅ｝７１Ｏ Ｊａｖａ数据库连接体系结构是用于Ｊａｖａ应用程序连接数据库的 标准方法。ＪＤＢＣ对Ｊａｖａ程序员而言是ＡＰＩ，对实现与数据库连接 ｌｌｅ勰ｌ０矬 ；ｉｅ 甄ｏ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ 的服务提供商而言是接口模型。作为ＡＰＩ，ＪＤＢＣ为程序开发提供标 ｊ蛰嚣ｅ 挚ｌ 准的接口，并为数据库厂商及第三方中间件厂商实现与数据库的连 淡；ｃ Ｖ 接提供了标准方法。ＪＤＢＣ使用已有的ＳＱＬ标准并支持与其它数据 库连接标准，如ＯＤＢＣ之间的桥接。ＪＤＢＣ实现了所有这些面向标 数据库驱鞠 准的目标并且具有简单、严格类型定义且高性能实现的接口。 ｌ数据麾ｌ ｌ数据库｛ ｌ数据鹰ｌ Ｊａｖａ具有坚固、安全、易于使用、易于理解和可从网络上自动下 载等特性，是编写数据库应用程序的杰出语言。所需要的只是Ｊａｖａ 图１．１ ＪＤＢＣ层次结构 应用程序与各种不同数据库之间进行对话的方法。而ＪＤＢＣ正是作 ＪＤＢＣ连接数据库 为此种用途的机制。 创建一个以ＪＤＢＣ连接数据库的程序，包含７个步骤： ＪＤＢＣ扩展了Ｊａｖａ的功能。例如，用Ｊａｖａ和ＪＤＢＣ ＡＰＩ可以发 １加载ＪＤＢＣ驱动程序 布含有ａｐｐｌｅｔ的网页，而该ａｐｐｌｅｔ使用的信息可能来自远程数据库 在连接数据库之前，首先要加载想要连接的数据库的驱动到 企业也可以用ＪＤＢＣ通过Ｉｎｔｒａｎｅｔ将所有职员连到一个或多个内部 ＪＶＭ（Ｊａｖａ虚拟机）。这遇过ｊａｖａ ｌａｎｇ．Ｃｌａｓｓ类的静态方法ｆｏｒＮａｍｅ 数据库中（即使这些职员所用的计算机有Ｗｉｎｄｏｗｓ、Ｍａｃｉｎｔｏｓｈ和 （Ｓｔｒｉｎｇ ｃｌａｓｓＮａｍｅ）实现。 ＵＮＩＸ等各种不同的操作系统）。随着越来越多的程序员开始使用 ２提供ＪＤＢＣ连接的ＵＲＬ Ｊａｖａ编程语言，对从Ｊａｖａ中便捷地访问数据库的要求也在日益增 连接ＵＲＬ定义了连接数据库时的协议、子协议、数据源标识。 加。 书写形式：协议：子协议．数据源标识 ＭｌＳ管理员们都喜欢Ｊａｖａ和ＪＤＢＣ的结合，因为它使信息传 协议：在ＪＤＢＣ中总是以ｉｄｂｃ开始 播变得容易和经济。企业可继续使用它们安装好的数据库，并能便捷 子协议：是桥连接的驱动程序或是数据库管理系统名称。 地存取信息，即使这些信息是储存在不同数据库管理系统上。新程序 数据源标识：标记找到数据库来源的地址与连接端口。 的开发期很短。安装和版本控制将大为简化。程序员可只编写一遍应 ３创建数据库的连接 用程序或只更新一次，然后将它放＃Ｊ／ＪＥ务器上，随后任何人就都可得 要连接数据库，需要向ｊａｖａ．ｓｑ１．ＤｒｉｖｅｒＭａｎａｇｅｒ请求并获得 到最新版本的应用程序。对于商务上的销售信息服务，Ｊａｖａ和ＪＤ— Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ对象，该对象就代表一个数据库的连接。使用Ｄｒｉｖｅｒ— ＢＣ可为外部客户提供获取信息更新的更好方法。 （上接第２８７页） 【３】缪效果，朱启逑．编著．数字控制机床【Ｍ】．湖北．华中理工大学出版社 ［５】刘俊英，梁丰．数控系统的实时插补及加减速控制［Ｊ】．机械制造与研究． １９９９． ２００８（１）． 【４】张淑红ＰＣＬ６０４５Ｂ运动控制芯片控制模式的研究 ．广西轻工业 【６］￣ｆｊ丹，傅建中．基于ＡＲＭ和ＰＣＬ６０４５的运动控制器设计［Ｊ】．控制与检 ２００９（３） 测．２００６（３）． ２８８
