摘 要：本文介紹了采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和軟件克隆技術(shù)，并結(jié)合SUN INTERACTIVE UNIX操作系統(tǒng)和CIMATEK C3000機(jī)床加工應(yīng)用軟件的移植和重配置，對(duì)早期進(jìn)口的82CNC數(shù)控銑床PC控制主機(jī)軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，給出其實(shí)現(xiàn)方法和技術(shù)細(xì)節(jié)描述。 關(guān)鍵詞：工控機(jī)；克??；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(shù)控銑床是自貢硬質(zhì)合金公司(以下簡(jiǎn)稱自硬公司)于1997年從瑞士斯特勞沙公司(Strausak)引進(jìn)的一臺(tái)高性能數(shù)控加工中心。它在Z軸上裝配了三個(gè)可同時(shí)聯(lián)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的加工主軸，具有很高的加工效率。旋轉(zhuǎn)主軸轉(zhuǎn)速最高可達(dá)3000rpm，加工精度在2μm以內(nèi)。 該銑床經(jīng)過(guò)多年的使用，在PC控制計(jì)算機(jī)上先后出現(xiàn)了很多維修難題而無(wú)法得到圓滿的解決，主要表現(xiàn)為： 原PC系統(tǒng)是基于Intel 486體系和VESA局部顯示總線架構(gòu)，啟動(dòng)和運(yùn)行速度均極慢，無(wú)法滿足生產(chǎn)要求；PC工作極不穩(wěn)定，運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生死機(jī)，而每次初始化又需要很長(zhǎng)時(shí)間；SCSI接口的軟驅(qū)、磁帶機(jī)、內(nèi)置UPS功能的PC電源均已損壞而無(wú)法修復(fù)，也無(wú)法采購(gòu)到備件，改造前PC電源系用普通微機(jī)電源臨時(shí)替換使用；PC的操作系統(tǒng)和應(yīng)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(jī)已經(jīng)損壞，一旦發(fā)生軟件系統(tǒng)崩潰的災(zāi)難性故障將無(wú)法得到恢復(fù)，系統(tǒng)運(yùn)行中潛伏著很大的危機(jī)。 基于以上原因，對(duì)82CNC數(shù)控銑床PC主機(jī)進(jìn)行軟硬件的升級(jí)改造勢(shì)在必行。 二、82CNC數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成 82CNC數(shù)控銑床加工系統(tǒng)是一套多功能、高性能的機(jī)電一體化數(shù)控加工中心。整個(gè)系統(tǒng)由以下幾個(gè)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(shí)體處理圖形工作站，將要加工的工件實(shí)體通過(guò)SoliderDesigner和Hypermill軟件的處理生成標(biāo)準(zhǔn)的NC代碼，然后通過(guò)細(xì)纜以太網(wǎng)以FTP的方式與機(jī)床的PC主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 2.2（二） Atek 5500 DNC： 由多塊控制板、存儲(chǔ)板、通訊板、A/D、D/A轉(zhuǎn)換板及I/O板、專用CPU板、電源系統(tǒng)等構(gòu)成。它下連機(jī)床驅(qū)動(dòng)單元、測(cè)量檢測(cè)單元以及旋轉(zhuǎn)編碼器等，上接82CNC控制加工中心主機(jī)，在整個(gè)控制系統(tǒng)中發(fā)揮著“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”的作用。該部分構(gòu)成復(fù)雜，功能板卡眾多，價(jià)格昂貴，且用專用的現(xiàn)場(chǎng)總線連接。 在DNC機(jī)柜單元內(nèi)安裝著一塊存儲(chǔ)板，其上集成了2MB的指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（靜態(tài)存儲(chǔ)器，需要由機(jī)柜內(nèi)的后備電池保存數(shù)據(jù)）。 2.3（三） 82CNC PC控制主機(jī)(MMI人機(jī)界面) 該部分由PC主機(jī)、VGA彩色圖形監(jiān)視器、多區(qū)操作面板、后備UPS電源和連接電纜（網(wǎng)絡(luò)、視頻、串并口等）組成。 PC主機(jī)是基于INTEL 486的系統(tǒng)（16MB RAM），通過(guò)ISA插槽擴(kuò)展了VESA局部視頻總線顯示單元、LILO視頻及混合鍵盤信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大單元（NC589長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)卡）、串并口通訊單元、SCSI硬盤軟驅(qū)存儲(chǔ)系統(tǒng)單元、以太網(wǎng)絡(luò)適配卡單元。Atek 5500 DNC與PC主機(jī)的數(shù)據(jù)交換是通過(guò)串并口卡來(lái)實(shí)現(xiàn)的，波特率固定為9600bps。首次初始化傳輸指令和數(shù)據(jù)，按完全裝滿2MB內(nèi)存來(lái)概算，大約需要36分鐘。一般情況下只需要裝載1.2MB的數(shù)據(jù)，故每次機(jī)床初始化的時(shí)間都在12～15分鐘之間。 2.4（四） 專用UNIX操作系統(tǒng)及數(shù)控加工應(yīng)用軟件： 在PC主機(jī)上運(yùn)行的是SUN公司早期的INTERACTIVE UNIX SYSTEM V 386 Ver4.0版?；谠摬僮飨到y(tǒng)及相關(guān)硬件的支撐，配合斯特勞沙公司自己開(kāi)發(fā)的CIMATEK C3000 Atek NC System AG數(shù)控應(yīng)用加工軟件及X11圖形多用戶系統(tǒng)的協(xié)同操作，完成復(fù)雜的模具加工作業(yè)和實(shí)時(shí)的加工圖形顯示功能、網(wǎng)絡(luò)傳輸功能等操作。 82CNC數(shù)控系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。 三、改造方法與技術(shù)要點(diǎn) 因機(jī)床的機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和DNC單元均運(yùn)行良好，故障的重點(diǎn)在PC控制主機(jī)上，故本次改造僅涉及PC硬件和MMI人機(jī)界面軟件。 三、改造方法與技術(shù)要點(diǎn) 因機(jī)床的機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和DNC單元均運(yùn)行良好，故障的重點(diǎn)在PC控制主機(jī)上，故本次改造僅涉及PC硬件和MMI人機(jī)界面軟件。 3.1(一) PC主機(jī)硬件部分 PC主機(jī)硬件升級(jí)應(yīng)考慮滿足以下要求： (1).1. 在硬件體系上能完全兼容老系統(tǒng)中ISA接口的NC589長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)卡。該卡不可棄用，因操作臺(tái)上的彩色圖形監(jiān)示器、鍵盤和PC主機(jī)的距離超過(guò)了15米，必須配置信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大裝置才能保證信號(hào)不被過(guò)多地衰減； (2).2. 對(duì)新系統(tǒng)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(xì)纜以太網(wǎng)卡須有完善的替代解決方案； (3).3. 兼容X86指令集，可對(duì)SUN OS INTERACTIVE UNIX SYSTEM V 386 Ver4.0操作系統(tǒng)和斯特勞沙公司的C3000機(jī)床應(yīng)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(yè)控制計(jì)算機(jī)作為PC的硬件平臺(tái)，經(jīng)實(shí)際使用表明能對(duì)改造后繼續(xù)保留的NC589長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)卡和軟件系統(tǒng)提供良好的運(yùn)行支撐。 3.2(二) 操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的升級(jí)、移植和重配置 經(jīng)對(duì)原系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的分析，發(fā)現(xiàn)CIMATEK C3000 ATEK 5500數(shù)控加工軟件實(shí)際上是由多達(dá)50個(gè)可自由裁減的應(yīng)用軟件包組成的，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要進(jìn)行增刪和設(shè)置。 應(yīng)用軟件中與操作系統(tǒng)進(jìn)行交互并發(fā)揮主導(dǎo)作用的是以下幾個(gè)驅(qū)動(dòng)： (1).1. C012：C012_driver ATEK GRUNDEG SYSTEM AG，C3000核心驅(qū)動(dòng) (2).2. adi：adi_Driver ATEK GRUNDEG SYSTEM AG，并口驅(qū)動(dòng)（0378H） (3).3. fas：FAS Driver (COM1/2/3/4)，串口1～4通訊驅(qū)動(dòng) (4).4. fd：Floppy Disk Driver，軟盤驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng) (5).5. ic：ic0_Driver ATEK GRUNDEG SYSTEM AG，串口2驅(qū)動(dòng)（負(fù)責(zé)串并口通訊卡驅(qū)動(dòng)與DNC通訊） (6).6. socksys：network application compatibility driver，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序驅(qū)動(dòng)（TCP/IP協(xié)議驅(qū)動(dòng)） (7).7. tud：tud_Driver GRUNDEG ATEK SYSTEM AG，C3000協(xié)同驅(qū)動(dòng) (8).8. wd0：Westen Digital Ethercard PLUS，西部數(shù)據(jù)公司的8013 ISA細(xì)纜以太網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng) 由此可見(jiàn)，82CNC數(shù)控銑床PC主機(jī)改造的重點(diǎn)和難點(diǎn)，實(shí)際上集中于軟件的升級(jí)、移植和重配置上。 無(wú)論是早期的UNIX操作系統(tǒng)還是現(xiàn)在流行的Linux操作系統(tǒng)，它們的正常運(yùn)行都必須緊密依托于硬件。哪怕硬件環(huán)境發(fā)生一點(diǎn)輕微的變化（譬如更換更高主頻的CPU），系統(tǒng)內(nèi)核、相關(guān)的驅(qū)動(dòng)和配置文件等都必須進(jìn)行修改后才能運(yùn)行。當(dāng)硬件體系發(fā)生較大變化時(shí)，大多數(shù)的應(yīng)用軟件還需對(duì)其源程序進(jìn)行重新編譯后才能在新的硬件環(huán)境中執(zhí)行。 原曾設(shè)想將較老的INTERACTIVE UNIX操作系統(tǒng)升級(jí)到SUN公司的Solaris 8.0，但苦于無(wú)法找到數(shù)控加工軟件CIMATEK C3000的源程序；向外方咨詢和索要，被以“時(shí)間久遠(yuǎn)無(wú)法找到”而婉拒。由于INTERACTIVE UNIX操作系統(tǒng)和CIMATEK C3000數(shù)控加工應(yīng)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(chǔ)在磁帶上（用unix中的“dd”命令），這就給操作系統(tǒng)和應(yīng)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(shù)難度。 數(shù)次以失敗而告終的安裝經(jīng)歷表明：用外方提供的啟動(dòng)軟盤和備份磁帶，在體系已完全發(fā)生質(zhì)變的新硬件系統(tǒng)上是根本不可能成功通過(guò)的。 經(jīng)過(guò)不懈的努力和艱難的探索，技術(shù)人員終于找到了一個(gè)既能成功安裝、移植和重新配置操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，同時(shí)又可完全識(shí)別和驅(qū)動(dòng)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(lái)實(shí)現(xiàn)的。 3.3(三) 操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的克隆方法 (1).1. 在新PC工控主機(jī)的IDE硬盤上預(yù)裝中文Win98SE和NORTON GHOST 7.0。 (2).2. 關(guān)閉新PC工控主機(jī)電源，將老系統(tǒng)硬盤的SCSI ID號(hào)設(shè)為2，新系統(tǒng)的SCSI硬盤ID號(hào)固定為0。將這兩塊硬盤共用一根50針的SCSI信號(hào)線，并分別接上電源線。同時(shí)接上IDE硬盤的信號(hào)線和電源線。 (3).3. 打開(kāi)新PC工控主機(jī)電源====è連續(xù)按“Del”鍵====è進(jìn)入BIOS設(shè)置====è啟用CPU板上集成的IDE1、2，并將引導(dǎo)順序改為IDE優(yōu)先，保存設(shè)置并重新啟動(dòng)。 (4).4. 當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)硬件自檢畫面時(shí)，連續(xù)按下鍵盤上的F8功能鍵，此時(shí)出現(xiàn)一個(gè)有帶有5個(gè)選項(xiàng)的引導(dǎo)菜單時(shí)，按下Shift+F5鍵。 (5).5. 當(dāng)出現(xiàn)C:>的提示符號(hào)，輸入以下命令： cd \ghost70(回車)====èghost(回車) ====è光標(biāo)鍵上移到“Disk”處，按下光標(biāo)右鍵====è選“Disk” “From Disk”====è在出現(xiàn)的克隆源列表中，選中老系統(tǒng)的SCSI硬盤====è按下回車鍵====è此時(shí)系統(tǒng)出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框：將藍(lán)色光標(biāo)條定位于第一分區(qū)（默認(rèn)分區(qū)，DOS FAT12格式）。在默認(rèn)的目標(biāo)分區(qū)容量輸入框內(nèi)，參考最右面的源克隆包分區(qū)大小（標(biāo)識(shí)為 OLD），將OLD指示的值填入該框內(nèi)(注意：這一步操作極其關(guān)鍵，也是技術(shù)要點(diǎn)和難點(diǎn)所在，否則克隆出的硬盤無(wú)法引導(dǎo))。====è連<