開(kāi)放式數控系統結構技術(shù)
開(kāi)放式數控系統結構技術(shù)，是小編專(zhuān)門(mén)為各位數控專(zhuān)業(yè)畢業(yè)的同學(xué)準備的論文，希望對大家有幫助!
摘 要:數控技術(shù)的廣泛使用,給機械制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)品結構、產(chǎn)業(yè)結構帶來(lái)了深刻的變化。目前,我國數控系統存在諸多問(wèn)題,而開(kāi)放式數控系統能夠有利于促進(jìn)我國數控發(fā)展,本文主要就開(kāi)放式數控系統體系相關(guān)內容進(jìn)行探討。
關(guān)鍵詞:數控教學(xué),開(kāi)放式,體系結構,數控控制
數控技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展日趨完善,已由最出的硬件數控(NC)經(jīng)過(guò)計算機數控(CNC),發(fā)展到以微型計算機為基礎的數控(MNC)、直接數控(DNC)和柔性制造系統(FMS)等,并朝著(zhù)更高的水平發(fā)展。但隨著(zhù)市場(chǎng)全球化的發(fā)展,市場(chǎng)競爭空前激烈,對制造商所生產(chǎn)的產(chǎn)品不但要求價(jià)格低,質(zhì)量好,而且要求交貨時(shí)間短,售后服務(wù)好,好要滿(mǎn)足用戶(hù)特殊的需要,即要求產(chǎn)品具有個(gè)性化。而傳統的數控系統是一種專(zhuān)用封閉式系統,它越來(lái)越不能滿(mǎn)足市場(chǎng)發(fā)展的需要。新的環(huán)境要求CNC進(jìn)一步向開(kāi)放式控制系統轉化[1,2]。
1、開(kāi)放式數控系統體系
采用專(zhuān)用計算機組成的數控系統,在選用高性能的微處理器構成分布式處理結構時(shí),可以獲得很高的性能,如多軸聯(lián)動(dòng)高速、高精度控制,很強的補償功能、圖形功能、故障論斷功能以及通信功能。但是由于大批量生產(chǎn)和保密的需要,不同的數控系統生產(chǎn)廠(chǎng)家自行設計其硬件和軟件,這樣設計出來(lái)的封閉式專(zhuān)用系統具有不同的軟硬件模塊、不同的編程語(yǔ)言、五花八門(mén)的人機界面、多種實(shí)時(shí)操作系統、非標準化接口等缺陷。從而導致,一方面,各控制系統之間互聯(lián)能力差,影響了系統的相互集成;風(fēng)格不一的操作方式以及專(zhuān)用件的大量使用,給用戶(hù)的使用與維護帶了很多不便;另一方面,系統的封閉性阻礙了計算機技術(shù)的及時(shí)應用,不利于數控產(chǎn)品技術(shù)的進(jìn)步。顯然,數控系統的這一現狀已不能適應當今制造業(yè)市場(chǎng)的變化和競爭,也不能滿(mǎn)足現代化制造業(yè)向信息化、敏捷制造模式發(fā)展的需求。
1.1 開(kāi)放式分析
對于一個(gè)開(kāi)放式數控系統來(lái)說(shuō),也應遵循這些基本要求。一個(gè)開(kāi)放的控制系統應具有完全模塊化的結構,模塊之間具有互換性、可擴展性和可移植性,這是一個(gè)開(kāi)放系統的基本特征。
開(kāi)放式數控系統的目的就是使CNC控制器與當今的Pc機類(lèi)似,系統構筑于一個(gè)開(kāi)放的平臺上,具有模塊化結構,允許用戶(hù)根據需要進(jìn)行選配和集成,更改或擴展系統的功能,迅速適應不同的應用需求,而且組成系統的各功能模塊可以來(lái)源于不同的部件供應商,并且相互兼容。與傳統的封閉式專(zhuān)用數控系統相比,開(kāi)放式數控系統的主要優(yōu)勢在于:建立一種新型的模塊化、可重構、可擴充的控制系統的結構,以增強數控系統的功能和性能柔性,在體系結構上給用戶(hù)留有進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)更多的余地,能夠快速而有效的響應新的加工需求[1,2]。
1.2基于PC的開(kāi)放式體系結構
PC以其良好的開(kāi)放性成為開(kāi)放式控制系統的基礎,數控系統PC化已成為必然的趨勢,在開(kāi)發(fā)數控系統時(shí)應最大限度利用豐富的PC軟硬件資源,享受PC硬件與軟件發(fā)展的成果,與PC發(fā)展同步�；赑C的開(kāi)放式數控系統主要有3種:
(1)PC嵌入NC型。該類(lèi)型是把PC嵌入到Nc內部,PC與NC之間用專(zhuān)用的總線(xiàn)連接,該系統可以利用原來(lái)CNC的豐富資源,同時(shí)將PC作為控制器的前端接口,使其具有PC處理的柔性,但不能實(shí)現NC內核的開(kāi)放。
(2)Nc嵌入PC型。以PC機作為系統的核心,把運動(dòng)控制卡插入到PC機的擴展槽中完成數控系統的功能,軟件的通用性好,一般PC機處理各種非實(shí)時(shí)任務(wù),運動(dòng)控制卡處理實(shí)時(shí)任務(wù)。
(3)軟件型。CNC功能全部由應用軟件來(lái)實(shí)現,具有最好的開(kāi)放性,但系統的實(shí)時(shí)性要求處理比較困難,系統開(kāi)發(fā)難度大。
(1) PC嵌入例的開(kāi)放式數控系統。I/O接口電路主要完成PC機與外部控制系統接口功能,所設計的電路板要符合PC總線(xiàn)標準,滿(mǎn)足擴展電路的尺寸要求。同時(shí)電路的輸出信號集中于一插座,采用并行電纜線(xiàn)輸出。由PC機經(jīng)I/0接口電路輸出的步進(jìn)脈沖信號CP、方向電平信號MC、復位信號RESET經(jīng)光電耦合送至相序分配專(zhuān)用芯片,產(chǎn)生三相六拍的時(shí)序脈沖和半流信號,又通過(guò)光電耦合和電壓比較器組成的整形電路整形得到標準的矩形波,送至功放級放大,推動(dòng)步迸電機運行。
(2) NC嵌入PC型開(kāi)放式數控系統。NC嵌入PC型開(kāi)放式數控系統由Pc機和運動(dòng)控制卡構成,這種運動(dòng)控制卡用高速DSP(數字信號處理器)或者其他性能比較好的芯片如英國的ARM作為CPU。用戶(hù)只需在Windows平臺下利用它開(kāi)放的函數庫就可以自行開(kāi)發(fā)所需的控制系統,這樣構造的數控系統只需根據被控制的對象要求,在Windows環(huán)境下設計符合用戶(hù)操作的人機界面和功能,就可達到運動(dòng)控制的目的。
(3) 軟件CNC。軟件CNC可以理解為用PC的概念和手段實(shí)現CNC的功能。這種CNC裝置的主體是PC機,充分利用PC機不斷提高的計算速度、不斷擴大的存儲量和性能不斷優(yōu)化的操作系統,實(shí)現機床控制中的運動(dòng)軌跡控制和開(kāi)關(guān)量的邏輯控制。軟件化數控系統把運動(dòng)控制器以應用軟件的形式實(shí)現,除了支持數控上層軟件的用戶(hù)定制外,其更深入的開(kāi)放性還體現在支持運動(dòng)控制策略的用戶(hù)定制。
2、基于PC的開(kāi)放式數控系統的體系結構
開(kāi)放式體系結構數控系統的參考模型是一個(gè)分層結構,同時(shí)也是模塊化的,每一層都是一個(gè)模塊。最低層的是數控機床系統的硬件平臺,它包括機床本身,X,Y,Z,C軸驅動(dòng)器、各種繼電器、伺服電機等。再上一層是控制器硬件平臺,它是一個(gè)計算機系統,一般采用通用的Pc機硬件結構,還應提供與楓床底層的接口,如數字I/O、可編程控制器(PLC)、運動(dòng)控制卡等。這兩層是硬件層。
軟件的最低層是操作系統,采用Windows 2003。這些操作系統提供良好的圖形用戶(hù)接口(GUI)、應用程序接口(API)庫、多任務(wù)機制。再上一層是CNC應用軟件,CNC軟件的內部結構也是模塊化的。它的核心是模塊化,由它來(lái)負責整個(gè)系統的諧調、高效運作。方便的用戶(hù)人機界面,代碼處理模塊對NC程序進(jìn)行解釋和預處理,產(chǎn)生相應的數據結構交給插補運算模塊或過(guò)程、邏輯控制模塊執行,結果通過(guò)設備驅動(dòng)程序(WDM)操作相應的硬件。過(guò)程邏輯控制主要處理過(guò)程控制、各種開(kāi)關(guān)量、機床狀態(tài)等。設備管理等進(jìn)行檢測、監控。外部接口模塊提供CAD/CAM接口、MIS系統接口、專(zhuān)家系統接口、數據庫系統接口等。它應提供兩種形式的連接:一是網(wǎng)絡(luò ),通過(guò)客戶(hù)機/服務(wù)器(CIS)的形式與遠程的CAD/CAM系統、MIS系統等交換數據;二是和本地機上的其他應用程序間交換數據。接口功能將有利于CNC系統和其它系統的連接和集成。
這個(gè)參考模型充分體現了開(kāi)放性原則,由于分層次、模塊化的結構,各個(gè)層次間采用標準接口,從而使每一模塊都能實(shí)現互換,可以由不同的廠(chǎng)商來(lái)生產(chǎn),組合起來(lái)就是一個(gè)高性能性?xún)r(jià)比的系統。由于PC機的開(kāi)放性,使控制器硬件和操作系統達到最大限度的互換。而且,CNC系統提供的各種接口允許外部程序獲得其所有內部信息。
3、結語(yǔ)
本文結合當今CNC系統發(fā)展的新進(jìn)展,對CNC系統的體系結構特點(diǎn)進(jìn)行了分析,討論了CNC系統體系結構開(kāi)放化的基本概念和實(shí)行開(kāi)放的途徑,并在需求分析的基礎上提出了開(kāi)放體系CNC系統的設計原則和概念模型,最后對數控體系結構的設計做了比較全面的分析。
參考文獻:
[1] 董靖川, 王太勇, 徐躍. 基于數控流水線(xiàn)技術(shù)的開(kāi)放式數控系統[J]. 計算機集成制造系統, 2009, 15(6).
[2] 尚雅層, 雷兵豐. 開(kāi)放數控系統模型的建立及實(shí)現[J]. 電子技術(shù)應用, 2007, 33(3).
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