WC-3000數(shù)控板集成了A/D與D/A、開關(guān)量輸入/輸出、脈沖輸入/輸出等功能，它通過計算機的并行口與計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換?；贓PP (Enhanced Parallel Port) 協(xié)議的控制模式可以簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，但它同時也降低了控制系統(tǒng)的可靠性。以WC-3000控制板為核心的經(jīng)濟型快速成型系統(tǒng)可靠性不高的原因是，當(dāng)計算機的處理速度太高時，其執(zhí)行EPP端口訪問指令的信號有效時間縮短，信噪比降低。EPP連接線阻抗較大或阻抗不匹配。使用環(huán)境存在較強的電磁干擾，系統(tǒng)抗干擾措施不足。WC-3000控制板上存在時序缺陷等。盡管采取某些措施能在一定程度上改善系統(tǒng)硬件的可靠性，但仍然無法完全達(dá)到系統(tǒng)正常運行的目的。因此，提高系統(tǒng)軟件的可靠性與容錯能力成為解決這一問題的關(guān)鍵。1 快速成型數(shù)控軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　1.1 數(shù)控軟件設(shè)計思想

　　快速成型系統(tǒng)數(shù)控軟件采用了面向?qū)ο?OOP)的程序設(shè)計方法，使得該系統(tǒng)軟件具有優(yōu)良的繼承性和完備性，系統(tǒng)軟件的開發(fā)周期也相應(yīng)縮短。由于快速成型控制系統(tǒng)的檢測與控制對象較多，而且其控制原理與設(shè)計指標(biāo)各異，因此控制系統(tǒng)底層驅(qū)動程序較為復(fù)雜，對系統(tǒng)可靠性更加重要。與常規(guī)的程序結(jié)構(gòu)不同，驅(qū)動程序也采用了類似于OOP的設(shè)計思想。對于簡單的控制程序設(shè)計，一般主要采用POP 思想。對于另一類較復(fù)雜的控制對象，采用類似面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計理念則更合適。它基本上是通過消息( 事件) 傳遞的方式建立各個程序塊的聯(lián)系，因此要先建立消息處理機制，然后再確立消息，各事件的處理基本上是集中完成的。一般說來，完成同一功能的程序模塊占用處理器的時間也要多，但是由于如今處理器的速度已經(jīng)足夠快，這一部分的時間開銷可以忽略。OOP設(shè)計對于事件的處理更加完備，如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，在系統(tǒng)沒有建立響應(yīng)的處理策略時將被忽略，否則轉(zhuǎn)至對應(yīng)的異常狀態(tài)處理功能。另外，OOP設(shè)計采用了動態(tài)刷新的方法將錯誤在時間上分布，從而避免了錯誤集中造成的系統(tǒng)失效。

　　1.2 時間單元選擇

　　為了合理分配計算機CPU的時間，根據(jù)硬件對象的特點及其在系統(tǒng)中的重要性，快速成型數(shù)控軟件選用了多種工作周期。脈沖周期，計算機通過WC-3000控制板向X，Y軸驅(qū)動器發(fā)出位置增量脈沖信號(最小)脈沖周期約為2 MS 脈寬約1 MS，進(jìn)給脈沖數(shù)基本上在插補周期內(nèi)均分。插補周期，也稱之為DDA 周期，計算機按該時間間隔連續(xù)不斷地向伺服單元發(fā)出運動軸的位移增量指令，同時改寫激光器的控制電壓，系統(tǒng)設(shè)計將插補周期定為1 mS。插補周期的大小直接影響到給定輪廓路徑的精度，如果該值過大，則伺服單元得到的輪廓分辨率過低。反之，將占用過多的計算機時間，影響其他任務(wù)的執(zhí)行。讀狀態(tài)周期，計算機對某些較重要的開關(guān)量進(jìn)行測試，如對極限開關(guān)等異常狀態(tài)的檢測，設(shè)計該間隔為4 mS。測量周期，計算機按較大的時間間隔對變化較慢的信號進(jìn)行測量與控制，其測控對象包括熱壓輥的溫度、由變頻器驅(qū)動的熱壓輥電機的位移、以及送紙與收紙等功能。由于溫度變化相對緩慢以及讀取A/D 結(jié)果較耗時，測量周期設(shè)計為32 mS。2 驅(qū)動程序VXD容錯設(shè)計

　　數(shù)控軟件突出特點之一就是具備實時性。為了設(shè)計基于Windows平臺的數(shù)控軟件，開發(fā)出與硬件密切相關(guān)的虛擬驅(qū)動程序VxD則必不可少?？焖俪尚涂刂栖浖粌H要滿足系統(tǒng)功能性的要求，還必須解決系統(tǒng)硬件可靠性的不足，即驅(qū)動程序必須具備較強的容錯能力。

　　2.1 開關(guān)量輸入DI與開關(guān)量輸出DO

　　計算機通過EPP，端口對WC-3OO?？刂瓢遄x寫的差錯率較高，但連續(xù)出錯的概率極低。為準(zhǔn)確了解狀態(tài)的真實值，必須執(zhí)行多次讀狀態(tài)操作。在讀狀態(tài)周期中，設(shè)定讀某個位的最大次數(shù)為N，如果連續(xù)次所讀的結(jié)果相同，則可以確定被測位的狀態(tài)，一旦確定了檢測結(jié)果即退出本測試。即使如此，仍然有可能出現(xiàn)兩種情況，即在本操作周期內(nèi)無法確定對象的測試結(jié)果或者所得的結(jié)果與真實情況不符。對于前者，可在后續(xù)的操作周期內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行; 對于后者，即使系統(tǒng)判斷出錯并作出錯誤的對策，也只是短暫的。另外，即使系統(tǒng)得到了正確的檢測結(jié)果，開關(guān)量的輸出也可能出錯。由于系統(tǒng)軟件采用了動態(tài)讀寫操作，在后續(xù)的操作周期內(nèi)，錯誤的檢測結(jié)果將得到更正，短暫的錯誤對機電系統(tǒng)幾乎不構(gòu)成實質(zhì)性影響O

　　2.2 模擬量輸入A/D 與模擬量輸出D/A

　　快速成型系統(tǒng)使用了串行A/D 與串行D/A芯片。相對并行芯片而言，盡管串行芯片轉(zhuǎn)換速度不高，但設(shè)計卻相對簡單。計算機在對WC-3OO?？刂瓢暹M(jìn)行A/D與D/A操作時，無論是向D/A寫入選擇通道與信號大小，還是讀取A/D 的轉(zhuǎn)換結(jié)果，每一個二進(jìn)制位都是平等的，出錯的概率相等?？刂栖浖捎昧酸槍π缘拇胧﹣硖幚鞟/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取值: 對A/D 結(jié)果的高位b11至b4采用與DI 輸入類似的處理方法嗎，即如果某一位連續(xù)3次一致即可確定該位的值; 由于信號噪聲的影響和信號自身的變化，如果高八位無法得到穩(wěn)定的結(jié)果，將采用與低四位一樣的處理方法，即將多次轉(zhuǎn)換的結(jié)果按算術(shù)平均濾波，對近幾個測量周期的結(jié)果再按滑動濾波計算測量值，以期得到更加準(zhǔn)確的結(jié)果。

　　快速成型系統(tǒng)的激光輸出功率隨系統(tǒng)當(dāng)前的掃描速度調(diào)節(jié)，速度越高則要求輸出功率越大，基本維持功率線密度一致。同樣，激光輸出能量也存在較大慣性，并不隨控制電壓的改變作出瞬間變化。D/A 輸出的控制電壓的調(diào)整周期設(shè)計與運動插補周期大小一樣，因此，即使寫D/A 時出現(xiàn)錯誤 在理論上該錯誤的維持時間較短; 另外，控制軟件每32ms，還對激光控制電壓作一次補償性的刷新，將更加提高激光掃描功率的穩(wěn)定性。

　　2.3 脈沖量輸入PI與脈沖量輸出PO

　　計算機通過軟件向WC-3OO?？刂瓢灏l(fā)出脈沖給X，Y軸的位置控制器，從而實現(xiàn)對路徑跟蹤。在實際加工過程中，通常是伺服控制器所接收的脈沖數(shù)少于計算機發(fā)出的數(shù)目，即表現(xiàn)為脈沖丟失。為了準(zhǔn)確獲得X，Y軸的理論位置WC-3OO?？刂瓢迳显O(shè)計有專門的脈沖計數(shù)器，用于記錄脈沖的實際輸出個數(shù)。該計數(shù)器功能由892O51單片機承擔(dān)，它對脈沖循環(huán)計數(shù)，并以8位數(shù)據(jù)并行輸出，計算機可以隨時讀取; 同樣，不能肯定計算機的讀入值就是單片機的輸出值。因此，從計算機發(fā)出脈沖到計算機讀回脈沖反饋值，這兩個過程都存在不確定性。通過多次讀取計數(shù)器的值，設(shè)置合理的偏差允許范圍并依實際偏差大小加以補償，能夠?qū)⒄`差控制得最小。軸電機采用變頻器驅(qū)動，變頻器的速度設(shè)置為固定多檔，以簡化累積位移量的計算。在工作平臺的絲杠一端安裝有增量式脈沖編碼器，同樣采用一片892O51 計數(shù)。通過多次讀取該計數(shù)值，很容易確定平臺的實際高度。

3 結(jié)語

　　在經(jīng)濟型快速成型系統(tǒng)設(shè)計過程中，由于系統(tǒng)軟件采用了可靠性高的程序結(jié)構(gòu)和針對性的容錯技術(shù)，因而在很大程度上彌補了系統(tǒng)硬件可靠性上的不足，使得經(jīng)濟型經(jīng)濟在控制系統(tǒng)性能上仍然具有較高的保證，系統(tǒng)的構(gòu)成相對簡化，設(shè)備的制造成本大為降低。因此，從快速成型系統(tǒng)設(shè)計中可以看出，如果能夠在數(shù)控軟件開發(fā)過程充分發(fā)揮軟件的結(jié)構(gòu)與算法優(yōu)勢，盡可能地實現(xiàn)，以軟補硬，即使以國產(chǎn)控制組件代替進(jìn)口，也完全可能使國產(chǎn)化的數(shù)控系統(tǒng)具備優(yōu)于進(jìn)口系統(tǒng)的性能價格比。