现代数控系统的软硬件及技术概述.ppt

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1、东南大学机械工程学院黄卫数控原理与数控系统第3章数控系统的软硬件及相关技术3.1数控系统硬件结构概述3.2数控系统软件结构3.3数控系统常用接口3.4数控系统的通信技术3.1.1数控系统的硬件构成计算机部分电源部分面板接口和显示接口开关量I/O接口内装型PLC部分伺服输出接口和位置反馈接口主轴控制接口外设接口3.1数控系统硬件结构概述3.1.2数控系统的硬件结构大板式结构结构特点：主板、子板结构紧凑、体积小、可靠性高、价格低硬件功能不易改变模块化结构结构特点：功能模块（包含硬件与软件）各功能模块之间具

2、有明确定义的接口用户可根据需要选择各功能模块常见的功能模块有：CNC控制板、位置控制板、PLC板、图形板、通讯板1、专用计算机组成的数控体系结构单微处理器结构结构特点：单CPU通过总线与存储器和各种接口连接采用集中控制、分时处理的多任务处理方式结构简单、容易实现其功能受单CPU的字长、数据宽度、寻址功能和运算速度的限制多微处理器结构结构特点：模块化结构，以多个CPU配以相应的接口数控总任务被告划分成多个子任务各子系统分别承担不同的子任务各子系统之间协调动作多微处理器结构的三种结构形式：主从式系统总线式

3、系统分布式系统主从式多微处理系统结构总线式多微处理系统结构分布式多微处理系统结构多微处理器CNC与单微处理器CNC的区别：通信方式多微处理器CNC的通信方式：共享总线结构共享存储器结构共享总线结构共享存储器结构2、开放式数控体系结构结构特点：分布式控制，系统、子系统和模块分级式控制结构可根据需要实现重构、编辑，以实现多种功能用途具有良好的通信和接口协议，以实现各独立功能模块之间的信息交换3、通用PC组成的数控体系结构基本CNC系统串行线PC连接型CNC，是将现有CNC与PC用串行线直接相连而构成PC内

4、藏型CNC，在CNC内部加装PC，PC与CNC之间用专用总线连接。CNC内藏型，在通用PC机的扩展槽中加入专用CNC卡，专用CNC卡包括加工轨迹生成等几乎所有的CNC处理功能。输入插补准备插补位置控制速度控制执行电机位置检测软件软件软件硬件硬件硬件3硬件2硬件1硬件零件程序机床3.2数控系统软件结构3.2.1CNC系统软硬件界面3.2.2CNC控制软件的特点1、多任务CNC的多任务表现在他的软件必须完成管理和控制两大任务。CNC系统任务管理控制输入I/O处理显示诊断译码刀补速度处理插补位置控制CNC的

5、任务分解2、并行处理所谓并行处理，是指计算机在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上相同或不同的工作。并行处理方法有资源重复、时间重叠和资源分时共享等处理方法。资源重复用多套相同或不同的设备同时完成多种相同或不同的任务。如在CNC硬件设计中采用多CPU的系统体系结构来提高处理速度。资源分时共享并行处理使多个用户按时间顺序使用同一套设备。例如在单CPU的CNC中，主要采用CPU分时共享原则来解决多任务的同时运行。此时需解决各任务何时占用CPU及占用多少时间。这个问题在CNC中通常采用循环轮流和中断优

6、先相结合的方法来解决。输入插补准备诊断I/O处理显示初始化插补位控键盘中断优先级资源重叠流水并行处理也称时间重叠流水处理，根据流水处理技术，使多个处理过程在时间上互相错开，轮流使用同一套设备的几个部分。例如一个零件程序段的数据转换过程可由下列子过程组成：零件程序输入子过程处理时间为Dt1插补准备子过程处理时间为Dt2插补子过程处理时间为Dt3位置控制子过程处理时间为Dt412341234输出输出时间空间Dt1Dt4顺序处理12341234输出输出时间空间Dt1Dt41234输出1234输出流水处理3、

7、实时中断处理CNC系统的中断管理主要靠硬件完成，而系统的中断结构决定了系统软件的结构。CNC系统的中断类型有：：外部中断：光电阅读机读孔中断；外部监控中断（优先）；键盘及操作面板输入中断。内部定时中断：插补周期定时中断；位置采样周期定时中断（优先）。硬件故障中断：各硬件故障检测装置发出的中断。程序性中断：程序中出现的各种异常情况报警中断。3.2.3CNC系统软件总体结构1、前后台型软件结构前台程序实时中断程序，承担了几乎全部实时功能，这些功能与机床动作直接有关，如位置控制、插补计算、辅助功能处理、机床

8、监控等。后台程序也称为背景程序，主要用来完成准备工作和管理工作，包括输入、译码、插补准备及管理等。这是一个循环运行程序，在运行过程中不断入实时中断服务程序。2、中断型软件结构中断型软件结构除了初始化程序之外，整个系统软件的各种任务模块分别安排在不同级别的中断服务程序中，整个软件就是一个大的多重中断系统。其管理功能主要通过各级中断程序之间的相互通信安排来实现。3.2.4CNC的控制软件工作过程输入输入CNC控制器通常有零件程序、机床参数和补偿数据。译码译码