WC-3000數控板集成了A/D與D/A、開關量輸入/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數據交換?；贓PP (Enhanced Parallel Port) 協議的控制模式可以簡化系統的結構，但它同時也降低了控制系統的可靠性。以WC-3000控制板為核心的經濟型快速成型系統可靠性不高的原因是，當計算機的處理速度太高時，其執行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。使用環境存在較強的電磁干擾，系統抗干擾措施不足。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硬件的可靠性，但仍然無法完全達到系統正常運行的目的。因此，提高系統軟件的可靠性與容錯能力成為解決這一問題的關鍵。1 快速成型數控軟件結構設計

　　1.1 數控軟件設計思想

　　快速成型系統數控軟件采用了面向對象(OOP)的程序設計方法，使得該系統軟件具有優良的繼承性和完備性，系統軟件的開發周期也相應縮短。由于快速成型控制系統的檢測與控制對象較多，而且其控制原理與設計指標各異，因此控制系統底層驅動程序較為復雜，對系統可靠性更加重要。與常規的程序結構不同，驅動程序也采用了類似于OOP的設計思想。對于簡單的控制程序設計，一般主要采用POP 思想。對于另一類較復雜的控制對象，采用類似面向對象的程序設計理念則更合適。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足夠快，這一部分的時間開銷可以忽略。OOP設計對于事件的處理更加完備，如果出現異?，F象，在系統沒有建立響應的處理策略時將被忽略，否則轉至對應的異常狀態處理功能。另外，OOP設計采用了動態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，根據硬件對象的特點及其在系統中的重要性，快速成型數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軸驅動器發出位置增量脈沖信號(最小)脈沖周期約為2 MS 脈寬約1 MS，進給脈沖數基本上在插補周期內均分。插補周期，也稱之為DDA 周期，計算機按該時間間隔連續不斷地向伺服單元發出運動軸的位移增量指令，同時改寫激光器的控制電壓，系統設計將插補周期定為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，影響其他任務的執行。讀狀態周期，計算機對某些較重要的開關量進行測試，如對極限開關等異常狀態的檢測，設計該間隔為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行測量與控制，其測控對象包括熱壓輥的溫度、由變頻器驅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 結果較耗時，測量周期設計為32 mS。2 驅動程序VXD容錯設計

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

　　2.1 開關量輸入DI與開關量輸出DO

　　計算機通過EPP，端口對WC-3OO?？刂瓢遄x寫的差錯率較高，但連續出錯的概率極低。為準確了解狀態的真實值，必須執行多次讀狀態操作。在讀狀態周期中，設定讀某個位的最大次數為N，如果連續次所讀的結果相同，則可以確定被測位的狀態，一旦確定了檢測結果即退出本測試。即使如此，仍然有可能出現兩種情況，即在本操作周期內無法確定對象的測試結果或者所得的結果與真實情況不符。對于前者，可在后續的操作周期內繼續進行; 對于后者，即使系統判斷出錯并作出錯誤的對策，也只是短暫的。另外，即使系統得到了正確的檢測結果，開關量的輸出也可能出錯。由于系統軟件采用了動態讀寫操作，在后續的操作周期內，錯誤的檢測結果將得到更正，短暫的錯誤對機電系統幾乎不構成實質性影響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，盡管串行芯片轉換速度不高，但設計卻相對簡單。計算機在對WC-3OO。控制板進行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 的轉換結果，每一個二進制位都是平等的，出錯的概率相等?？刂栖浖捎昧酸槍π缘拇胧﹣硖幚鞟/D轉換結果的讀取值: 對A/D 結果的高位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定的結果，將采用與低四位一樣的處理方法，即將多次轉換的結果按算術平均濾波，對近幾個測量周期的結果再按滑動濾波計算測量值，以期得到更加準確的結果。

　　快速成型系統的激光輸出功率隨系統當前的掃描速度調節，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整周期設計與運動插補周期大小一樣，因此，即使寫D/A 時出現錯誤 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出脈沖給X，Y軸的位置控制器，從而實現對路徑跟蹤。在實際加工過程中，通常是伺服控制器所接收的脈沖數少于計算機發出的數目，即表現為脈沖丟失。為了準確獲得X，Y軸的理論位置WC-3OO?？刂瓢迳显O計有專門的脈沖計數器，用于記錄脈沖的實際輸出個數。該計數器功能由892O51單片機承擔，它對脈沖循環計數，并以8位數據并行輸出，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。通過多次讀取計數器的值，設置合理的偏差允許范圍并依實際偏差大小加以補償，能夠將誤差控制得最小。軸電機采用變頻器驅動，變頻器的速度設置為固定多檔，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。通過多次讀取該計數值，很容易確定平臺的實際高度。

3 結語

　　在經濟型快速成型系統設計過程中，由于系統軟件采用了可靠性高的程序結構和針對性的容錯技術，因而在很大程度上彌補了系統硬件可靠性上的不足，使得經濟型經濟在控制系統性能上仍然具有較高的保證，系統的構成相對簡化，設備的制造成本大為降低。因此，從快速成型系統設計中可以看出，如果能夠在數控軟件開發過程充分發揮軟件的結構與算法優勢，盡可能地實現，以軟補硬，即使以國產控制組件代替進口，也完全可能使國產化的數控系統具備優于進口系統的性能價格比。