PMAC運動控制器在光刻機控制系統中的應用

0 引言
　　隨著PC（Personal Computer）的發展和普及，采用PC+運動控制卡作為上位控制將是運動控制系統的一個主要發展趨勢。這種方案可充分利用計算機資源，用于運動過程、運動軌跡都比較復雜，且精度、柔性比較強的機器和設備。由于光刻機對于精度的要求特別高，因此本系統采用了PC+PMAC開放式多軸運動控制器的控制方式。即將PMAC運動控制卡插入PC機的標準插槽中作實時控制，而PC機作為人機界面和系統管理的上位機。
1 系統硬件結構
1.1 PMAC結構與原理
　　PMAC是一種開放式可編程多軸運動控制器 ，它采用 Motorola DSP 56001 數字信號處理2器作為 CPU ，其結構如圖1所示。PMAC 適應多種硬件操作平臺 ，具有 PC、STD、VME、PCI、104 總線及串口脫機運行的功能 ，方便用戶選用適合自己的主機。PMAC 適用于所有電動機 ，包括普通的交（直）流電動機、交（直）流伺服電動機、步進電動機、直線電動機等 ，對不同電動機 ，PMAC可提供相應的控制信號。
PMAC能夠支持多達256個運動程序。任意坐標系在任何時候都可以執行這些程序中的任意一個，即使另外的坐標系正在執行同樣的程序。PMAC能夠同時執行和該卡上坐標系數目一樣多的運動程序。一個運動程序能夠將任何一個其它的運動程序調用作為子程序，可以帶變元，也可以不帶變量。

圖1 PMAC結構圖

1.2光刻機控制系統硬件結構及工作原理
　　PMAC運動控制卡上的專用CPU與PC機的CPU構成主從式雙CPU控制模式：上位機PC機的CPU可以專注于人機界面、實時監控和發送指令等系統管理工作；下位機PMAC卡上的專用CPU用來實時處理所有運動控制的細節：升降速計算、行程控制、多軸插補等，無需占用PC機資源。
　　同時PMAC運動控制卡還提供了功能強大的運動控制軟件庫：C語言運動庫、Windows DLL動態鏈接庫等，能更快、更有效地解決復雜的運動控制問題。
　　PMAC卡與PC機之間有ISA總線和雙端口RAM兩種通訊方式。其中主機與PMAC卡主要通過總線通訊，即主機到指定的地址去PMAC卡。
　　PMAC卡與電機則主要通過DPRAM進行通信。DPRAM用來與PMAC進行快速的數據和命令通訊。在向PMAC卡寫數據時通常用于在實時狀態下快速的位置數據和旋轉程序信息的重復下載。在從PMAC卡讀數據時通常用于重復快速地獲得狀態信息。比如電機狀態，位置，速度，跟隨誤差等的數據可不停地更新并被PLC程序或被PMAC自動地寫入DPRAM。
　　由于通過DPRAM進行的數據存取不需要經過通訊口發送命令和等待響應，所以響應速度非常快。

圖2光刻機控制系統硬件圖

2系統的軟件部分
　　PMAC卡本身自帶一個PEWIN32執行軟件，該軟件能對系統進行控制和測試，創建和管理PMAC應用系統，提供用戶終端界面，設置系統參數，編寫系統運動程序。因此，用戶可以先編寫程序，再下載到PMAC卡中運行。
　　本文采用了PMAC運動程序以及PLC程序相結合的方法。為了使光刻的圖案美觀，清晰，我們用激光器刻以圓點的形式進行打點。偶數行與奇數行錯開半個圓，使每個圓都互相外切。這樣刻出的圖形才會更加緊湊，不會出現漏點情況。
運動程序部分：
&1
#1->Z #2->Y #4->X
M1->Y: $FFC2, 14, 1
M2->Y: $FFC2, 14, 1
M401->X: $C00D, 0, 24 S
M402->X: $C005, 0, 24, S
OPEN PROGRAM 1 CLEAR
INC
TA200
TS99
F50000
……
PLC程序部分：
&n
bsp; OPEN PLC 1 CLEAR
M1=0
Q6=M401
IF（Q1=0）
Q3=Q6-Q5
IF（Q3>900＊Q9+450）
M2=1
Q9=Q9+1
ELSE
M2=0
ENDIF
Q10=8889
ENDIF
……
3 結束語
　　本文通過PMAC卡在光刻機控制系統的實際應用，介紹了一種運動程序與PLC程序相結合的方法，控制光刻機的運動。該方法已經被某公司的所實際應用，起到了很好的經濟效益。