82CNC數控銑床PC主機軟硬件升級改造的探討

摘 要：本文介紹了采用工業控制計算機和軟件克隆技術，并結合SUN INTERACTIVE UNIX操作系統和CIMATEK C3000機床加工應用軟件的移植和重配置，對早期進口的82CNC數控銑床PC控制主機軟硬件系統進行升級改造，給出其實現方法和技術細節描述。 關鍵詞：工控機；克隆；ISA；UNIX；配置 Discuss on Software and Hardware Upgrading and Transforming with PC Host Computer for 82CNC NC Milling Machine GUAN Ming-liang JIANG Yong (ZiGong SICHUAN 643011 ZiGong Cemented Carbide Corp. .Ltd. Department of measurement & control) Abstract:The introduction to this text adopts the computer and software clone technology of industrial control, combine the transplantation of SUN INTERACTIVE UNIX operating system and CIMATEK C3000 machine tooling application software and dispose again, control to 82CNC numerical control milling machine PC that import in early days host computer software and hardware system go on transformation of upgrading, provide its implementation method and technological detail to describe. Keywords: Industrial control computer; Clone; ISA; UNIX; Configuration 一、引言 82CNC數控銑床是自貢硬質合金公司(以下簡稱自硬公司)于1997年從瑞士斯特勞沙公司(Strausak)引進的一臺高性能數控加工中心。它在Z軸上裝配了三個可同時聯動旋轉的加工主軸，具有很高的加工效率。旋轉主軸轉速最高可達3000rpm，加工精度在2μm以內。 該銑床經過多年的使用，在PC控制計算機上先后出現了很多維修難題而無法得到圓滿的解決，主要表現為： 原PC系統是基于Intel 486體系和VESA局部顯示總線架構，啟動和運行速度均極慢，無法滿足生產要求；PC工作極不穩定，運行中經常發生死機，而每次初始化又需要很長時間；SCSI接口的軟驅、磁帶機、內置UPS功能的PC電源均已損壞而無法修復，也無法采購到備件，改造前PC電源系用普通微機電源臨時替換使用；PC的操作系統和應用軟件均以安裝配置后的硬盤整體磁帶壓縮備份加密方式提供的，而目前磁帶機已經損壞，一旦發生軟件系統崩潰的災難性故障將無法得到恢復，系統運行中潛伏著很大的危機。 基于以上原因，對82CNC數控銑床PC主機進行軟硬件的升級改造勢在必行。 二、82CNC數控系統構成 82CNC數控銑床加工系統是一套多功能、高性能的機電一體化數控加工中心。整個系統由以下幾個主要部分組成： 2.1（一） HP9000/715C工作站： 該部分采用惠普公司的HP9000系列715C高性能三維實體處理圖形工作站，將要加工的工件實體通過SoliderDesigner和Hypermill軟件的處理生成標準的NC代碼，然后通過細纜以太網以FTP的方式與機床的PC主機進行數據交換。 2.2（二） Atek 5500 DNC： 由多塊控制板、存儲板、通訊板、A/D、D/A轉換板及I/O板、專用CPU板、電源系統等構成。它下連機床驅動單元、測量檢測單元以及旋轉編碼器等，上接82CNC控制加工中心主機，在整個控制系統中發揮著“中樞神經系統”的作用。該部分構成復雜，功能板卡眾多，價格昂貴，且用專用的現場總線連接。 在DNC機柜單元內安裝著一塊存儲板，其上集成了2MB的指令和數據存儲器（靜態存儲器，需要由機柜內的后備電池保存數據）。 2.3（三） 82CNC PC控制主機(MMI人機界面) 該部分由PC主機、VGA彩色圖形監視器、多區操作面板、后備UPS電源和連接電纜（網絡、視頻、串并口等）組成。 PC主機是基于INTEL 486的系統（16MB RAM），通過ISA插槽擴展了VESA局部視頻總線顯示單元、LILO視頻及混合鍵盤信號驅動放大單元（NC589長線驅動卡）、串并口通訊單元、SCSI硬盤軟驅存儲系統單元、以太網絡適配卡單元。Atek 5500 DNC與PC主機的數據交換是通過串并口卡來實現的，波特率固定為9600bps。首次初始化傳輸指令和數據，按完全裝滿2MB內存來概算，大約需要36分鐘。一般情況下只需要裝載1.2MB的數據，故每次機床初始化的時間都在12～15分鐘之間。 2.4（四） 專用UNIX操作系統及數控加工應用軟件： 在PC主機上運行的是SUN公司早期的INTERACTIVE UNIX SYSTEM V 386 Ver4.0版。基于該操作系統及相關硬件的支撐，配合斯特勞沙公司自己開發的CIMATEK C3000 Atek NC System AG數控應用加工軟件及X11圖形多用戶系統的協同操作，完成復雜的模具加工作業和實時的加工圖形顯示功能、網絡傳輸功能等操作。 82CNC數控系統的構成如圖1所示。 三、改造方法與技術要點 因機床的機械系統、電氣系統和DNC單元均運行良好，故障的重點在PC控制主機上，故本次改造僅涉及PC硬件和MMI人機界面軟件。 三、改造方法與技術要點 因機床的機械系統、電氣系統和DNC單元均運行良好，故障的重點在PC控制主機上，故本次改造僅涉及PC硬件和MMI人機界面軟件。 3.1(一) PC主機硬件部分 PC主機硬件升級應考慮滿足以下要求： (1).1. 在硬件體系上能完全兼容老系統中ISA接口的NC589長線驅動卡。該卡不可棄用，因操作臺上的彩色圖形監示器、鍵盤和PC主機的距離超過了15米，必須配置信號驅動放大裝置才能保證信號不被過多地衰減； (2).2. 對新系統中擬將棄用的ISA串并口通訊卡、VESA接口顯卡、ISA接口的AHA 1542CF SCSI控制卡以及老式的ISA細纜以太網卡須有完善的替代解決方案； (3).3. 兼容X86指令集，可對SUN OS INTERACTIVE UNIX SYSTEM V 386 Ver4.0操作系統和斯特勞沙公司的C3000機床應用加工軟件提供良好的支持。 本次改造采用了如表1所示的工業控制計算機作為PC的硬件平臺，經實際使用表明能對改造后繼續保留的NC589長線驅動卡和軟件系統提供良好的運行支撐。 3.2(二) 操作系統和應用軟件的升級、移植和重配置 經對原系統和應用軟件的分析，發現CIMATEK C3000 ATEK 5500數控加工軟件實際上是由多達50個可自由裁減的應用軟件包組成的，可根據現場實際需要進行增刪和設置。 應用軟件中與操作系統進行交互并發揮主導作用的是以下幾個驅動： (1).1. C012：C012_driver ATEK GRUNDEG SYSTEM AG，C3000核心驅動 (2).2. adi：adi_Driver ATEK GRUNDEG SYSTEM AG，并口驅動（0378H） (3).3. fas：FAS Driver (COM1/2/3/4)，串口1～4通訊驅動 (4).4. fd：Floppy Disk Driver，軟盤驅動器驅動 (5).5. ic：ic0_Driver ATEK GRUNDEG SYSTEM AG，串口2驅動（負責串并口通訊卡驅動與DNC通訊） (6).6. socksys：network application compatibility driver，網絡應用程序驅動（TCP/IP協議驅動） (7).7. tud：tud_Driver GRUNDEG ATEK SYSTEM AG，C3000協同驅動 (8).8. wd0：Westen Digital Ethercard PLUS，西部數據公司的8013 ISA細纜以太網卡驅動 由此可見，82CNC數控銑床PC主機改造的重點和難點，實際上集中于軟件的升級、移植和重配置上。 無論是早期的UNIX操作系統還是現在流行的Linux操作系統，它們的正常運行都必須緊密依托于硬件。哪怕硬件環境發生一點輕微的變化（譬如更換更高主頻的CPU），系統內核、相關的驅動和配置文件等都必須進行修改后才能運行。當硬件體系發生較大變化時，大多數的應用軟件還需對其源程序進行重新編譯后才能在新的硬件環境中執行。 原曾設想將較老的INTERACTIVE UNIX操作系統升級到SUN公司的Solaris 8.0，但苦于無法找到數控加工軟件CIMATEK C3000的源程序；向外方咨詢和索要，被以“時間久遠無法找到”而婉拒。由于INTERACTIVE UNIX操作系統和CIMATEK C3000數控加工應用軟件是以正常安裝配置后的硬盤整體壓縮備份加密方式存儲在磁帶上（用unix中的“dd”命令），這就給操作系統和應用軟件在新硬件體系上的重新安裝和配置增加了更大的技術難度。 數次以失敗而告終的安裝經歷表明：用外方提供的啟動軟盤和備份磁帶，在體系已完全發生質變的新硬件系統上是根本不可能成功通過的。 經過不懈的努力和艱難的探索，技術人員終于找到了一個既能成功安裝、移植和重新配置操作系統和應用軟件，同時又可完全識別和驅動所有新增硬件的方法。這一方法的核心是采用Norton公司的GHOST 7.0克隆軟件來實現的。 3.3(三) 操作系統和應用軟件的克隆方法 (1).1. 在新PC工控主機的IDE硬盤上預裝中文Win98SE和NORTON GHOST 7.0。 (2).2. 關閉新PC工控主機電源，將老系統硬盤的SCSI ID號設為2，新系統的SCSI硬盤ID號固定為0。將這兩塊硬盤共用一根50針的SCSI信號線，并分別接上電源線。同時接上IDE硬盤的信號線和電源線。 (3).3. 打開新PC工控主機電源====è連續按“Del”鍵====è進入BIOS設置====è啟用CPU板上集成的IDE1、2，并將引導順序改為IDE優先，保存設置并重新啟動。 (4).4. 當主機出現硬件自檢畫面時，連續按下鍵盤上的F8功能鍵，此時出現一個有帶有5個選項的引導菜單時，按下Shift+F5鍵。 (5).5. 當出現C:>的提示符號，輸入以下命令： cd \ghost70(回車)====èghost(回車) ====è光標鍵上移到“Disk”處，按下光標右鍵====è選“Disk” “From Disk”====è在出現的克隆源列表中，選中老系統的SCSI硬盤====è按下回車鍵====è此時系統出現一個對話框：將藍色光標條定位于第一分區（默認分區，DOS FAT12格式）。在默認的目標分區容量輸入框內，參考最右面的源克隆包分區大小（標識為 OLD），將OLD指示的值填入該框內(注意：這一步操作極其關鍵，也是技術要點和難點所在，否則克隆出的硬盤無法引導)。====è連<