基于PMAC的G代码连续下载技术研究

2021-05-05侯明鹏

制造业自动化 2021年4期

侯明鹏，丁宾

（1.北京机科国创轻量化科学研究院有限公司，北京 100044；2.北京金隅科技学校，北京 102403）

0 引言

随着制造业的发展，从数控技术角度而言，自动化、柔性化、集成化、智能化是未来数控技术发展的方向。从生产方式角度而言，生产方式正在从批量化的生产方式向多品种、小批量的生产方式转变，对数控系统提出了更高的要求。传统的封闭式数控系统很难满足行业及技术的不断更新及变化，不能满足市场发展的需要。因此，开放式数控系统应运而生，PMAC作为开放式数控系统的典型代表，具有功能丰富、可扩展、可移植等诸多优点得到了广泛的应用[1,2]。在铸造行业中，特种加工装备根据铸造特殊工艺，采用“PC+PMAC”的开放式数控系统架构，基于PMAC的二次开发，结合砂型加工工艺，开发出专用的数控系统软件，具有柔性化、集成化、网络化、智能化等特点，满足了铸造砂型的多品种、小批量试制件的生产需要[3]。然而，由于PMAC硬件存储空间的限制，无法满足大容量文件的下载，因此，本文提出通过将大文件拆分的方法，解决连续下载的问题。

1 基于PMAC的G代码读取

1.1 PMAC程序指令缓冲区类型

PMAC可编程多轴运动控制卡（program multiple axis controller），是美国DELTA TAU公司的产品，是集运动轴控制、PLC控制以及数据采集于一体的多功能的运动控制产品[4]。Turbo PMAC包括多种类型缓冲区：224个运动程序缓冲区（prog）、16个旋转运动程序缓冲区（rot）、16个正向运动学子程序缓冲区（forward）、16个逆向运动学子程序缓冲区（inverse）和32个未编译的PLC程序缓冲区（plc）。旋转运动程序缓冲区多用于机床G代码加工程序的执行，该缓冲区为即将执行的命令行提供存储区域，PMAC从该缓冲区读取并执行指令，在执行运动程序的同时打开缓冲区，用于从主机输入程序指令。

1.2 G代码的读取

PMAC卡允许执行机床类型的G代码程序，它将把G、M、T和D代码作为子程序调用[5]。G代码指令对应PMAC中“PROG 1000”子程序，M代码指令对应PMAC中“PROG 1001”子程序，字母“G”后面的数值对应子程序中数值“N”程序段。例如：Gxx被解释成PROG 1000的标号为Nxx000的子程序；Mxx被解释成PROG 1001的标号为Nxx000的子程序。PMAC在相应的子程序中，将G代码指令翻译成PMAC指令，用户如果要定制G代码，可以修改对应的子程序。部分G代码指令如表1所示。

2 G代码文件拆分、连续下载方法

2.1 旋转运动程序缓冲区容量限制问题

由于PMAC用于缓冲区的存储空间非常有限，用户程序存储容量大约为300KB，单个运动程序缓冲区最大容量只有50KB左右[6]。因此，一次下载的程序行数量不能超过存储容量。要解决这个问题就需要利用旋转运动程序缓冲区，它允许接收运动程序指令，每个程序指令被添加到指令列表的末尾，并覆盖掉已执行完的程序行，这样循环读取下载所需的指令行。常用的方式是在上位机软件设计中，循环读取固定行数（例如：10000行）下载到定义好的缓冲区中，设置定时器发送“PR”指令报告循环程序缓冲区中还将要被计算的程序行数，根据已执行行数判断是否需要下载新的程序行。流程图如图1所示。

表1 G代码指令转换表

图1 循环读指令行流程图

这种方式虽然可以避免内存空间不够导致的下载失败，但是“PR”指令需要实时访问并返回结果，指令读取涉及文件、字符串操作，占用了大量的内存，增加了软件的运行负担导致不稳定。鉴于以上较大容量G代码程序下载存在的问题，本文提出了将大容量G代码程序文件等大小进行分割，实现文件的连续下载的新方法。

2.2 G代码程序文件分割，连续下载技术实现

为解决上述存在的问题，提出了一种新方法，该方法将软件功能划分为实时任务和非实时任务，分为两步完成。第一步，非实时任务将G代码程序文件拆分成若干小文件，每个小文件大小在50KB左右，满足旋转运动程序缓冲区的容量要求，不会出现因文件较大超出内存限制而导致下载失败的错误。在拆分过程中，在每个文件的头部加上“CLOSE OPEN ROT”，关闭上一个旋转缓冲区，打开一个新的旋转缓冲区，在每行指令末尾加上“F（P500）M0==i”其中“P500”变量是速度设置变量，通过设置“P500”的值可以实时调节加工进给速度，“i”为行号，通过“M0”变量可以实时显示当前正在执行的行号。当写入最后一个文件时，写入“M03 M05”程序尾，关断气源，停止主轴操作。流程图如图2所示。

第二步，在上位机软件中设置定时器，调用timer1_Tick（object sender，EventArgs e）函数，实时扫描读取“M0”的值，当“M0”的值在当前文件的第600行和700行之间时，开始下载下一个文件，调用PMAC.Download（pmacNumber，fileDirectory，true，true，true，true，out downloadSuccess）函数，通过下载标志位（bool b）确保文件下载函数只执行一次，如此循环，直至全部下载执行完毕。流程图如图3所示。

图2 G代码文件拆分流程图

图3 文件连续下载流程图

2.3 PC端上位机软件开发

PC端上位机软件开发在Windows环境下采用Visual Studio 2013编程实现，将G代码文件按照每1000行为一个小文件拆分，保存在G代码文件所在的根目录下，同时利用“ListBox1”控件显示拆分后的文件目录以及每个文件的指令行。此操作均在上位机PC端运行，减轻了控制卡的运算负担。点击“程序段执行”后，系统发送“&1R”指令给PMAC控制卡，执行G代码，同时读取“M0”的值并赋值给“ListBox2”控件当前索引并高亮显示，“M0”表示系统正在执行的行号。此外，该下载方式可以选择在任意程序段开始执行程序，当程序中断时，可以根据系统记录的文件号及行号自动在中断处继续加工，还可以显示文件总数、程序行数、当前文件、执行进度、速度等状态信息，方便用户查看。如图4所示。