[科普中国]-PMAC控制器

PMAC控制器是基于OMAC方式的控制器，是美国Delta Tau Data System公司研制开发的一种完全开放体系结构，建立在PC机平台上的控制器。该产品使用Motorola公司的高速DSP56001数字信号处理器作为CPU，提供全新的高性能技术和Windows平台，可满足用户在数字控制各个领域的各种高技术应用。1

简介美国Delta Tau公司生产的PMAC也被称为运动控制计算机。它主要是由Mororala公司生产的DSP与Delta Tau公司开发的特制的用户门阵列IC组成。PMAC是开放式数控系统控制器的突出代表，是世界上功能最强的运动控制器。该运动控制器具有极强的灵活性，适合于应用的多种总线结构(PC总线、VME总线、STD总线、PCI总线及PC 104)、不同类型电机(直流、交流及步进电机)、反馈元件(增量式编码器、绝对式编码器、激光干涉仪)以及指令数据结构(PMAC编程语言、G代码及AutoCAD转换)，可随时对PMAC硬件进行升级。

在对伺服数据的处理能力、轴特性及输入信号带宽方面，PMAC控制器由于采用专门的模块化结构，编码输入的串行处理速度是大多数控制器的10~15倍。

PMAC除了有强大的运算功能外，Delta Tau公司还为PMAC提供了执行程序PEWIN32。在主机上安装PEWIN32并运行可以建立与PMAC的通信，完成运动程序、PLC程序的下载、发出在线命令、I变量的设置、PID调节、电机位置、速度显示等功能。

系统利用PMAC的运动控制功能将交流伺服系统与PMAC的通道相连，以实现电机转速信号的输出及光电编码器反馈信号的采集，以控制各轴的运动；利用PAMC卡I/0接口实现PLC功能，包括检测行程限位、机器人回零、控制机器人的面板操作、控制程序运行和手动调整机器人等。PMAC执行全部实时任务，例如轮廓加工、插补计算、伺服控制等，而主PC则处理用户接口和其他执行功能。

参数PMAC控制器共有四组参数变量，分别是I、P、M、Q变量，这些变量决定了控制器的工作性能。

1．I变量

I变量共有1024个，用于系统初始化和伺服参数的设定等，它决定了某个给定功能的控制特性，一般它们被预先定义并存放在内存的固定位置上。

2．M变量

M变量也有1024个，它是供用户使用分配内存的指针变量，主要完成对PMAC存储器和I/U的存取，每一个M变量均对应——存储器或I/O的地址，用户可在编写PLC程序时对M变量进行定义，以完成各种辅助功能的控制。

3．P变量与Q变量

P变量与Q变量都是供用户使用的通用变量，均采用48位浮点数格式，各自有1024个变量，二者的区别为P变量是供编程用的全局变量，而Q变量则是供编程用的局部变量。2

特点PMAC主要有以下特点。

(1)适应多种硬件操作平台。PMAC可以在IBM及其兼容机上运行，开发环境可以是98、NT、Wins2000、XP，而且可以选择PC、STD、VME、PCI等不同的总线形式。底层控制程序针对PMAC，使得控制软件可以在不同的硬件平台上使用。

(2)强大的伺服控制能力。一般来说，伺服能力过去经常用每小时完成的操作或者生产的合格零件数来衡量。但是，随着近年来机械生产效率的提高及全自动化的要求，对于产品质量的要求大大提高了，几乎超越了对生产率的要求，因而很难用单项指标来衡量系统的伺服控制能力。

(3)反馈与控制。由PMAC构成的数控体系，实现了通过在电机和负载上都使用传感器从而同时获得高精度和高稳定性完美结合。这一点的实现主要得益于其体系结构的两个特点：一是采用了PID与Norch滤波器的组合。二是自适应技术的运用，在反馈环中的许多增益值都具有根据系统的具体配置状况来自动调节的特点。这一反馈结构具有极强的灵活性，可以使数控系统在电机与负载耦合不太理想的情况下保持较高的数控伺服稳定性。

(4)插补与位置控制功能。在完成插补前，对零件程序进行译码、刀具补偿、坐标位移计算、进给速度处理等的预处理，然后将数据送给轨迹生成器进行插补计算，给定各坐标轴一系列的命令位置值。借助于DSP的计算功能增强了PMAC的解算能力。DSP可以对常量、变量进行算术运算、逻辑运算以及超越运算，可以避免主机在进行这些操作时所造成的计算延迟和通信延迟。因此PMAC具有高速的处理能力、在运行中精确而平滑地计算三维位置和大的输入带宽等优良的伺服控制器能力。PMAC运动控制器可以进行直线与圆弧插补。位置控制功能主要是对坐标位置给定值与由位置检测器测到的实际位置值进行比较并获得偏差、进行自动加减速、回基准点、对伺服滞后量的监视与漂移补偿，最后得到速度控制的模拟电压以驱动电机。

(5)强大的变量和内存管理能力以及绝大部分地址的开放。当指定一个地址时，必须指出使用哪一半内存(X或Y)，还是作为一个48位字来使用。如果使用了附件DPRAM，则DPRAM将被映射进PMAC内存空间的固定位置。PMAC卡与DPRAM配合可以获得更多的功能和灵活性。利用DPRAM可以实现PMAC与PIC进行快速的数据和命令通信，在向PMAC写数据时通常用于在实时状态下快速的位置数据和程序信息的重复下载，在从PMAC读数据时通常用于重复快速地获得状态信息，包括电机状态、位置、速度、跟随误差等数据不断地更新并被PLC程序或PMAC自动写入DPRAM。PC机能实时从DPRAM发送或获取数据，从而快速完成通信。

(6)伺服系统的匹配。PMAC具有扩展的、模拟的和数字的输入输出能力，通过设置相应的参数和接口卡，就可以控制步进、交/直流伺服、线性电机、液压伺服等各类电机。

(7)可以接受各类反馈。PMAC的DSP与受控轴之间的接口是通过被称为DSPGATE的特殊门阵列ICS来实现的。每一个DSPGATE控制四路编码器输入和四个模拟输出通道，PMAC可直接接受0～5V的增量式A/B正交编码器信号，单端和差动输入都可以。同时，使用合适的附件，它还能够接受旋转变压器、绝对编码器、模拟量或者磁致伸缩线性位移传感器等的反馈。PMAC运动控制器高度的数据结构灵活性允许用户为任一电机通道分配任一反馈编码通道。

(8)与PC通信。PMAC可通过串行端口、总线端口和双端口RAM方式实现与上位机的通信。PMAC的RS-422接受器可以接收来自于RS-422信号，但噪声容限则趋向最低。PMAC可以随时与主机通信，甚至在一个运动序列中间也可以通信；PMAC将命令放入一个程序缓冲区在一个任务优先级程序控制下执行，提供数据以响应主机，如果命令是非法的，它将会向主机报错。

(9)内装软件化的PLC。PLC程序用于执行监视模拟和数字输入，设置输出，发送信息，监视运动参数，改变增益以及开始和停止运动等与运动不同步的操作。PMAC在处理器时间允许的情况下尽可能快地连续扫描它们的操作，最多可扩展到1024点。

(10)安全性。一个高性能的数控系统不仅要求强大的伺服控制能力，其安全性也具有十分重要的地位。安全性包括两个方面：一是系统调试时在极限状态过程中所表现的稳定性，这一点关系到调试人员的安全；二是系统在日常运行过程中所表现的系统损坏以及危及工作者安全的稳定性，这主要是指系统保持性能。PMAC所组成的数控系统的安全性是通过几个极限状态的限制来完成的。3

本词条内容贡献者为:

黎明 - 副教授 - 西南大学