82CNC数控铣床PC主机软硬件升级改造的探讨

摘 要：本文介绍了采用工业控制计算机和软件克隆技术，并结合SUN INTERACTIVE UNIX操作系统和CIMATEK C3000机床加工应用软件的移植和重配置，对早期进口的82CNC数控铣床PC控制主机软硬件系统进行升级改造，给出其实现方法和技术细节描述。 关键词：工控机；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数控铣床是自贡硬质合金公司(以下简称自硬公司)于1997年从瑞士斯特劳沙公司(Strausak)引进的一台高性能数控加工中心。它在Z轴上装配了三个可同时联动旋转的加工主轴，具有很高的加工效率。旋转主轴转速最高可达3000rpm，加工精度在2μm以内。 该铣床经过多年的使用，在PC控制计算机上先后出现了很多维修难题而无法得到圆满的解决，主要表现为： 原PC系统是基于Intel 486体系和VESA局部显示总线架构，启动和运行速度均极慢，无法满足生产要求；PC工作极不稳定，运行中经常发生死机，而每次初始化又需要很长时间；SCSI接口的软驱、磁带机、内置UPS功能的PC电源均已损坏而无法修复，也无法采购到备件，改造前PC电源系用普通微机电源临时替换使用；PC的操作系统和应用软件均以安装配置后的硬盘整体磁带压缩备份加密方式提供的，而目前磁带机已经损坏，一旦发生软件系统崩溃的灾难性故障将无法得到恢复，系统运行中潜伏着很大的危机。 基于以上原因，对82CNC数控铣床PC主机进行软硬件的升级改造势在必行。 二、82CNC数控系统构成 82CNC数控铣床加工系统是一套多功能、高性能的机电一体化数控加工中心。整个系统由以下几个主要部分组成： 2.1（一） HP9000/715C工作站： 该部分采用惠普公司的HP9000系列715C高性能三维实体处理图形工作站，将要加工的工件实体通过SoliderDesigner和Hypermill软件的处理生成标准的NC代码，然后通过细缆以太网以FTP的方式与机床的PC主机进行数据交换。 2.2（二） Atek 5500 DNC： 由多块控制板、存储板、通讯板、A/D、D/A转换板及I/O板、专用CPU板、电源系统等构成。它下连机床驱动单元、测量检测单元以及旋转编码器等，上接82CNC控制加工中心主机，在整个控制系统中发挥着“中枢神经系统”的作用。该部分构成复杂，功能板卡众多，价格昂贵，且用专用的现场总线连接。 在DNC机柜单元内安装着一块存储板，其上集成了2MB的指令和数据存储器（静态存储器，需要由机柜内的后备电池保存数据）。 2.3（三） 82CNC PC控制主机(MMI人机界面) 该部分由PC主机、VGA彩色图形监视器、多区操作面板、后备UPS电源和连接电缆（网络、视频、串并口等）组成。 PC主机是基于INTEL 486的系统（16MB RAM），通过ISA插槽扩展了VESA局部视频总线显示单元、LILO视频及混合键盘信号驱动放大单元（NC589长线驱动卡）、串并口通讯单元、SCSI硬盘软驱存储系统单元、以太网络适配卡单元。Atek 5500 DNC与PC主机的数据交换是通过串并口卡来实现的，波特率固定为9600bps。首次初始化传输指令和数据，按完全装满2MB内存来概算，大约需要36分钟。一般情况下只需要装载1.2MB的数据，故每次机床初始化的时间都在12～15分钟之间。 2.4（四） 专用UNIX操作系统及数控加工应用软件： 在PC主机上运行的是SUN公司早期的INTERACTIVE UNIX SYSTEM V 386 Ver4.0版。基于该操作系统及相关硬件的支撑，配合斯特劳沙公司自己开发的CIMATEK C3000 Atek NC System AG数控应用加工软件及X11图形多用户系统的协同操作，完成复杂的模具加工作业和实时的加工图形显示功能、网络传输功能等操作。 82CNC数控系统的构成如图1所示。 三、改造方法与技术要点 因机床的机械系统、电气系统和DNC单元均运行良好，故障的重点在PC控制主机上，故本次改造仅涉及PC硬件和MMI人机界面软件。 三、改造方法与技术要点 因机床的机械系统、电气系统和DNC单元均运行良好，故障的重点在PC控制主机上，故本次改造仅涉及PC硬件和MMI人机界面软件。 3.1(一) PC主机硬件部分 PC主机硬件升级应考虑满足以下要求： (1).1. 在硬件体系上能完全兼容老系统中ISA接口的NC589长线驱动卡。该卡不可弃用，因操作台上的彩色图形监示器、键盘和PC主机的距离超过了15米，必须配置信号驱动放大装置才能保证信号不被过多地衰减； (2).2. 对新系统中拟将弃用的ISA串并口通讯卡、VESA接口显卡、ISA接口的AHA 1542CF SCSI控制卡以及老式的ISA细缆以太网卡须有完善的替代解决方案； (3).3. 兼容X86指令集，可对SUN OS INTERACTIVE UNIX SYSTEM V 386 Ver4.0操作系统和斯特劳沙公司的C3000机床应用加工软件提供良好的支持。 本次改造采用了如表1所示的工业控制计算机作为PC的硬件平台，经实际使用表明能对改造后继续保留的NC589长线驱动卡和软件系统提供良好的运行支撑。 3.2(二) 操作系统和应用软件的升级、移植和重配置 经对原系统和应用软件的分析，发现CIMATEK C3000 ATEK 5500数控加工软件实际上是由多达50个可自由裁减的应用软件包组成的，可根据现场实际需要进行增删和设置。 应用软件中与操作系统进行交互并发挥主导作用的是以下几个驱动： (1).1. C012：C012_driver ATEK GRUNDEG SYSTEM AG，C3000核心驱动 (2).2. adi：adi_Driver ATEK GRUNDEG SYSTEM AG，并口驱动（0378H） (3).3. fas：FAS Driver (COM1/2/3/4)，串口1～4通讯驱动 (4).4. fd：Floppy Disk Driver，软盘驱动器驱动 (5).5. ic：ic0_Driver ATEK GRUNDEG SYSTEM AG，串口2驱动（负责串并口通讯卡驱动与DNC通讯） (6).6. socksys：network application compatibility driver，网络应用程序驱动（TCP/IP协议驱动） (7).7. tud：tud_Driver GRUNDEG ATEK SYSTEM AG，C3000协同驱动 (8).8. wd0：Westen Digital Ethercard PLUS，西部数据公司的8013 ISA细缆以太网卡驱动 由此可见，82CNC数控铣床PC主机改造的重点和难点，实际上集中于软件的升级、移植和重配置上。 无论是早期的UNIX操作系统还是现在流行的Linux操作系统，它们的正常运行都必须紧密依托于硬件。哪怕硬件环境发生一点轻微的变化（譬如更换更高主频的CPU），系统内核、相关的驱动和配置文件等都必须进行修改后才能运行。当硬件体系发生较大变化时，大多数的应用软件还需对其源程序进行重新编译后才能在新的硬件环境中执行。 原曾设想将较老的INTERACTIVE UNIX操作系统升级到SUN公司的Solaris 8.0，但苦于无法找到数控加工软件CIMATEK C3000的源程序；向外方咨询和索要，被以“时间久远无法找到”而婉拒。由于INTERACTIVE UNIX操作系统和CIMATEK C3000数控加工应用软件是以正常安装配置后的硬盘整体压缩备份加密方式存储在磁带上（用unix中的“dd”命令），这就给操作系统和应用软件在新硬件体系上的重新安装和配置增加了更大的技术难度。 数次以失败而告终的安装经历表明：用外方提供的启动软盘和备份磁带，在体系已完全发生质变的新硬件系统上是根本不可能成功通过的。 经过不懈的努力和艰难的探索，技术人员终于找到了一个既能成功安装、移植和重新配置操作系统和应用软件，同时又可完全识别和驱动所有新增硬件的方法。这一方法的核心是采用Norton公司的GHOST 7.0克隆软件来实现的。 3.3(三) 操作系统和应用软件的克隆方法 (1).1. 在新PC工控主机的IDE硬盘上预装中文Win98SE和NORTON GHOST 7.0。 (2).2. 关闭新PC工控主机电源，将老系统硬盘的SCSI ID号设为2，新系统的SCSI硬盘ID号固定为0。将这两块硬盘共用一根50针的SCSI信号线，并分别接上电源线。同时接上IDE硬盘的信号线和电源线。 (3).3. 打开新PC工控主机电源====è连续按“Del”键====è进入BIOS设置====è启用CPU板上集成的IDE1、2，并将引导顺序改为IDE优先，保存设置并重新启动。 (4).4. 当主机出现硬件自检画面时，连续按下键盘上的F8功能键，此时出现一个有带有5个选项的引导菜单时，按下Shift+F5键。 (5).5. 当出现C:>的提示符号，输入以下命令： cd \ghost70(回车)====èghost(回车) ====è光标键上移到“Disk”处，按下光标右键====è选“Disk” “From Disk”====è在出现的克隆源列表中，选中老系统的SCSI硬盘====è按下回车键====è此时系统出现一个对话框：将蓝色光标条定位于第一分区（默认分区，DOS FAT12格式）。在默认的目标分区容量输入框内，参考最右面的源克隆包分区大小（标识为 OLD），将OLD指示的值填入该框内(注意：这一步操作极其关键，也是技术要点和难点所在，否则克隆出的硬盘无法引导)。====è连<