WC-3000数控板集成了A/D与D/A、开关量输入/输出、脉冲输入/输出等功能，它通过计算机的并行口与计算机实现数据交换。基于EPP (Enhanced Parallel Port) 协议的控制模式可以简化系统的结构，但它同时也降低了控制系统的可靠性。以WC-3000控制板为核心的经济型快速成型系统可靠性不高的原因是，当计算机的处理速度太高时，其执行EPP端口访问指令的信号有效时间缩短，信噪比降低。EPP连接线阻抗较大或阻抗不匹配。使用环境存在较强的电磁干扰，系统抗干扰措施不足。WC-3000控制板上存在时序缺陷等。尽管采取某些措施能在一定程度上改善系统硬件的可靠性，但仍然无法完全达到系统正常运行的目的。因此，提高系统软件的可靠性与容错能力成为解决这一问题的关键。1 快速成型数控软件结构设计

　　1.1 数控软件设计思想

　　快速成型系统数控软件采用了面向对象(OOP)的程序设计方法，使得该系统软件具有优良的继承性和完备性，系统软件的开发周期也相应缩短。由于快速成型控制系统的检测与控制对象较多，而且其控制原理与设计指标各异，因此控制系统底层驱动程序较为复杂，对系统可靠性更加重要。与常规的程序结构不同，驱动程序也采用了类似于OOP的设计思想。对于简单的控制程序设计，一般主要采用POP 思想。对于另一类较复杂的控制对象，采用类似面向对象的程序设计理念则更合适。它基本上是通过消息( 事件) 传递的方式建立各个程序块的联系，因此要先建立消息处理机制，然后再确立消息，各事件的处理基本上是集中完成的。一般说来，完成同一功能的程序模块占用处理器的时间也要多，但是由于如今处理器的速度已经足够快，这一部分的时间开销可以忽略。OOP设计对于事件的处理更加完备，如果出现异常现象，在系统没有建立响应的处理策略时将被忽略，否则转至对应的异常状态处理功能。另外，OOP设计采用了动态刷新的方法将错误在时间上分布，从而避免了错误集中造成的系统失效。

　　1.2 时间单元选择

　　为了合理分配计算机CPU的时间，根据硬件对象的特点及其在系统中的重要性，快速成型数控软件选用了多种工作周期。脉冲周期，计算机通过WC-3000控制板向X，Y轴驱动器发出位置增量脉冲信号(最小)脉冲周期约为2 MS 脉宽约1 MS，进给脉冲数基本上在插补周期内均分。插补周期，也称之为DDA 周期，计算机按该时间间隔连续不断地向伺服单元发出运动轴的位移增量指令，同时改写激光器的控制电压，系统设计将插补周期定为1 mS。插补周期的大小直接影响到给定轮廓路径的精度，如果该值过大，则伺服单元得到的轮廓分辨率过低。反之，将占用过多的计算机时间，影响其他任务的执行。读状态周期，计算机对某些较重要的开关量进行测试，如对极限开关等异常状态的检测，设计该间隔为4 mS。测量周期，计算机按较大的时间间隔对变化较慢的信号进行测量与控制，其测控对象包括热压辊的温度、由变频器驱动的热压辊电机的位移、以及送纸与收纸等功能。由于温度变化相对缓慢以及读取A/D 结果较耗时，测量周期设计为32 mS。2 驱动程序VXD容错设计

　　数控软件突出特点之一就是具备实时性。为了设计基于Windows平台的数控软件，开发出与硬件密切相关的虚拟驱动程序VxD则必不可少。快速成型控制软件不仅要满足系统功能性的要求，还必须解决系统硬件可靠性的不足，即驱动程序必须具备较强的容错能力。

　　2.1 开关量输入DI与开关量输出DO

　　计算机通过EPP，端口对WC-3OO。控制板读写的差错率较高，但连续出错的概率极低。为准确了解状态的真实值，必须执行多次读状态操作。在读状态周期中，设定读某个位的最大次数为N，如果连续次所读的结果相同，则可以确定被测位的状态，一旦确定了检测结果即退出本测试。即使如此，仍然有可能出现两种情况，即在本操作周期内无法确定对象的测试结果或者所得的结果与真实情况不符。对于前者，可在后续的操作周期内继续进行; 对于后者，即使系统判断出错并作出错误的对策，也只是短暂的。另外，即使系统得到了正确的检测结果，开关量的输出也可能出错。由于系统软件采用了动态读写操作，在后续的操作周期内，错误的检测结果将得到更正，短暂的错误对机电系统几乎不构成实质性影响O

　　2.2 模拟量输入A/D 与模拟量输出D/A

　　快速成型系统使用了串行A/D 与串行D/A芯片。相对并行芯片而言，尽管串行芯片转换速度不高，但设计却相对简单。计算机在对WC-3OO。控制板进行A/D与D/A操作时，无论是向D/A写入选择通道与信号大小，还是读取A/D 的转换结果，每一个二进制位都是平等的，出错的概率相等。控制软件采用了针对性的措施来处理A/D转换结果的读取值: 对A/D 结果的高位b11至b4采用与DI 输入类似的处理方法吗，即如果某一位连续3次一致即可确定该位的值; 由于信号噪声的影响和信号自身的变化，如果高八位无法得到稳定的结果，将采用与低四位一样的处理方法，即将多次转换的结果按算术平均滤波，对近几个测量周期的结果再按滑动滤波计算测量值，以期得到更加准确的结果。

　　快速成型系统的激光输出功率随系统当前的扫描速度调节，速度越高则要求输出功率越大，基本维持功率线密度一致。同样，激光输出能量也存在较大惯性，并不随控制电压的改变作出瞬间变化。D/A 输出的控制电压的调整周期设计与运动插补周期大小一样，因此，即使写D/A 时出现错误 在理论上该错误的维持时间较短; 另外，控制软件每32ms，还对激光控制电压作一次补偿性的刷新，将更加提高激光扫描功率的稳定性。

　　2.3 脉冲量输入PI与脉冲量输出PO

　　计算机通过软件向WC-3OO。控制板发出脉冲给X，Y轴的位置控制器，从而实现对路径跟踪。在实际加工过程中，通常是伺服控制器所接收的脉冲数少于计算机发出的数目，即表现为脉冲丢失。为了准确获得X，Y轴的理论位置WC-3OO。控制板上设计有专门的脉冲计数器，用于记录脉冲的实际输出个数。该计数器功能由892O51单片机承担，它对脉冲循环计数，并以8位数据并行输出，计算机可以随时读取; 同样，不能肯定计算机的读入值就是单片机的输出值。因此，从计算机发出脉冲到计算机读回脉冲反馈值，这两个过程都存在不确定性。通过多次读取计数器的值，设置合理的偏差允许范围并依实际偏差大小加以补偿，能够将误差控制得最小。轴电机采用变频器驱动，变频器的速度设置为固定多档，以简化累积位移量的计算。在工作平台的丝杠一端安装有增量式脉冲编码器，同样采用一片892O51 计数。通过多次读取该计数值，很容易确定平台的实际高度。

3 结语

　　在经济型快速成型系统设计过程中，由于系统软件采用了可靠性高的程序结构和针对性的容错技术，因而在很大程度上弥补了系统硬件可靠性上的不足，使得经济型经济在控制系统性能上仍然具有较高的保证，系统的构成相对简化，设备的制造成本大为降低。因此，从快速成型系统设计中可以看出，如果能够在数控软件开发过程充分发挥软件的结构与算法优势，尽可能地实现，以软补硬，即使以国产控制组件代替进口，也完全可能使国产化的数控系统具备优于进口系统的性能价格比。