第七章數(shù)控系統(tǒng)硬軟件及相關(guān)技術(shù)ppt課件

1、第七章第七章 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)硬軟件及相關(guān)技術(shù)硬軟件及相關(guān)技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)必須在硬件和軟件的密切配合下才能實(shí)現(xiàn)各種功能 根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的需要，存在多種硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu) 隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的硬件、軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的功能也在不斷地完善和增加第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)硬件總體 由三大部分構(gòu)成： 微機(jī)部分 外圍設(shè)備部分 機(jī)床控制部分 微機(jī)部分CPUEPROMRAM定時(shí)器中斷控制器等部分構(gòu)成。外圍設(shè)備部分 外圍設(shè)備主要通過各種接口與數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)系。其中包括： a與鍵盤連接的鍵盤接口； b與顯示器連接的顯示器接口； c與機(jī)床操作面板連接的操作面板接口； d與手搖脈沖發(fā)生器連接的脈沖

2、發(fā)生器接口； e與計(jì)算機(jī)外設(shè)連接或與上位機(jī)連接的通訊接口等機(jī)床控制部分包括對(duì)機(jī)床進(jìn)給軸的位置的控制： 進(jìn)給速度的控制； 插補(bǔ)運(yùn)算； 位置閉環(huán)控制）；對(duì)主軸轉(zhuǎn)速的控制：實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸變速的控制；對(duì)主軸的位置的控制：主軸的準(zhǔn)停功能 用于機(jī)床主運(yùn)動(dòng)是刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的換刀； 主軸切削螺紋時(shí)防止亂扣； 與進(jìn)給軸之間的嚴(yán)格速比關(guān)系；輔助功能信息主要是一些開關(guān)量MST等接口電路 這些裝置與CNC的聯(lián)系是通過各自的接口電路來實(shí)現(xiàn)的。主要有以下一些接口電路 ： a進(jìn)給軸控制接口：模擬量輸出接口，工作臺(tái)位置反饋接口。 b主軸控制接口：模擬量輸出接口，主軸位置反饋接口。 c輔助功能信息接口：開關(guān)量輸入接口，開關(guān)量輸出

3、接口短接棒和軟件參數(shù) 為了增加CNC適應(yīng)不同型號(hào)、不同規(guī)格機(jī)床的要求，適應(yīng)各種系統(tǒng)的配置，并使系統(tǒng)的某些控制功能最大限度地發(fā)揮出來，各種數(shù)控系統(tǒng)都有一定的參數(shù)設(shè)定和確認(rèn)功能。即 為CNC裝置各模板的PCB上短接棒硬件設(shè)定和軟件參數(shù)設(shè)定短接棒和軟件參數(shù)短接棒和軟件參數(shù)可設(shè)定和確認(rèn)的系統(tǒng)參數(shù)有：關(guān)于系統(tǒng)配置方面的設(shè)定 存儲(chǔ)器容量和地址范圍指定； I/O接口地址設(shè)置； 系統(tǒng)配置的軸數(shù)和軸名； 檢測(cè)元件的種類指定； 是否配置了PLC的確認(rèn)等短接棒和軟件參數(shù)v關(guān)于輸入、輸出信號(hào)的設(shè)定v 輸入、輸出信號(hào)的有效跳變沿指定v 串行通訊時(shí)的波特率和幀格式v關(guān)于主軸和運(yùn)動(dòng)軸的設(shè)定v 主軸低速檔指定v 最小移動(dòng)單位

4、、米/英制選擇v 軸加減速的時(shí)間常數(shù)v 軸運(yùn)動(dòng)速度上限和低速限定v 各運(yùn)動(dòng)軸參考點(diǎn)距機(jī)床原點(diǎn)的坐標(biāo)值v 各移動(dòng)軸正負(fù)方向運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)極限指定短接棒和軟件參數(shù)v關(guān)于補(bǔ)償?shù)脑O(shè)定v 各運(yùn)動(dòng)軸的螺距誤差補(bǔ)償曲線設(shè)定v 反向間隙補(bǔ)償設(shè)定v關(guān)于檢測(cè)信號(hào)的設(shè)定v 反饋信號(hào)類型v 分辨率 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和表面安裝技術(shù)的發(fā)展，CNC系統(tǒng)硬件模塊及安裝方式不斷改進(jìn)。從CNC系統(tǒng)的總體安裝結(jié)構(gòu)看，有整體式結(jié)構(gòu)和分體式結(jié)構(gòu)兩種 整體式結(jié)構(gòu)v是把 CRT 和 MDI 面板、操作面板以及功能模塊板組成的電路板等安裝在同一機(jī)箱內(nèi)v優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝v缺陷：有時(shí)可能造成某些信號(hào)連線過長。分體式結(jié)構(gòu)v通常把 CRT

5、和 MDI 面板、操作面板等做成一個(gè)部件，而把功能模塊組成的電路板安裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，兩者之間用導(dǎo)線或光纖連接v許多 CNC 機(jī)床把操作面板也單獨(dú)作為一個(gè)部件，這是由于所控制機(jī)床的要求不同，操作面板相應(yīng)地要改變，做成分體式的有利于更換和安裝 CNC 操作面板vCNC 操作面板在機(jī)床上的安裝形式：v 吊掛式v 床頭式v 控制柜式v 控制臺(tái)式等多種 從組成CNC系統(tǒng)的電路板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，有兩種常見的結(jié)構(gòu)： 大板式結(jié)構(gòu) 模塊化結(jié)構(gòu)大板式結(jié)構(gòu)v特點(diǎn)：一個(gè)系統(tǒng)一般都有一塊大板，稱為主板；v 主板上裝有主 CPU 和各軸的位置控制電路等； v 其他相關(guān)的子板 ( 完成一定功能的電路板 ) ，如 ROM 板

6、、零件程序存儲(chǔ)器板和 PLC 板都直接插在主板上面，組成 CNC 系統(tǒng)的核心部分。v優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，可靠性高，價(jià)格低，有v 很高的性能 / 價(jià)格比，也便于機(jī)床的一體化設(shè)計(jì)v缺陷：硬件功能不易變動(dòng)，不利于組織生產(chǎn) 總線模塊化的開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：將微處理機(jī)、存儲(chǔ)器、輸入輸出控制分別做成插件板 ( 稱為硬件模塊 ) 甚至將微處理機(jī)、存儲(chǔ)器、輸入輸出控制組成獨(dú)立微計(jì)算機(jī)級(jí)的硬件模塊相應(yīng)軟件也是模塊結(jié)構(gòu)，固化在硬件模塊中硬軟件模塊形成特定的功能單元功能模塊）功能模塊間有明確定義的接口，接口是固定的，成為工廠標(biāo)準(zhǔn)或工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，彼此可交換信息優(yōu)點(diǎn)v可積木式組成 CNC 系統(tǒng)，v設(shè)計(jì)簡單v有良好適應(yīng)性和

7、擴(kuò)展性v試制周期短v調(diào)整維護(hù)方便v效率高 按CNC裝置硬件的制造方式，CNC裝置可分為專用型結(jié)構(gòu)和個(gè)人計(jì)算機(jī)式結(jié)構(gòu)專用型結(jié)構(gòu)v硬件由廠家專門設(shè)計(jì)制造v布局合理v結(jié)構(gòu)緊湊v專用型強(qiáng)v硬件彼此之間不能交換和替代，無通用性個(gè)人計(jì)算機(jī)式結(jié)構(gòu)v以工業(yè)PC機(jī)作為CNC裝置的支撐平臺(tái)v由機(jī)床廠根據(jù)CNC需要，插入控制卡，裝入軟件，構(gòu)成相應(yīng)CNC裝置v特點(diǎn)：v 與一般PC機(jī)兼容，易于實(shí)現(xiàn)升級(jí)換代v 抗干擾和抗惡劣環(huán)境能力強(qiáng)v 滿足用戶對(duì)硬件通用性的要求 從 CNC 系統(tǒng)使用的微機(jī)及結(jié)構(gòu)來分， CNC 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)一般分為： 單微處理機(jī) 多微處理機(jī) 結(jié)構(gòu)兩大類。發(fā)展情況 初期的 CNC 系統(tǒng)和現(xiàn)有一些經(jīng)濟(jì)型

8、CNC 系統(tǒng)采用單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)。 而多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)可以滿足數(shù)控機(jī)床高進(jìn)給速度、高加工精度和許多復(fù)雜功能的要求，也適應(yīng)于并入 FMS 和 CIMS 運(yùn)行的需要，從而得到了迅速的發(fā)展，它反映了當(dāng)今數(shù)控系統(tǒng)的新水平。 單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)單微處理機(jī)結(jié)構(gòu) v僅一個(gè)微處理機(jī)，實(shí)行集中控制，分時(shí)處理數(shù)控的各個(gè)任務(wù)v結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：v CNC裝置內(nèi)僅有一個(gè)微處理機(jī)，由它對(duì)存儲(chǔ)、插補(bǔ)運(yùn)算、輸入輸出控制、CRT顯示等功能集中控制分時(shí)處理。v 微處理機(jī)通過總線與存儲(chǔ)器、輸入輸出控制等各種接口相連，構(gòu)成CNC裝置。v 結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)。v 正是由于只有一個(gè)微處理機(jī)集中控制，其功能將受微處理機(jī)字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運(yùn)算

9、速度等因素的限制。 多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)多微處理機(jī)結(jié)構(gòu) v多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)的CNC是把機(jī)床數(shù)字控制這個(gè)總?cè)蝿?wù)劃分為子任務(wù)(也稱為子功能模塊)。v硬件方面：v 以多個(gè)微處理機(jī)配以相應(yīng)的接口形成多個(gè)子系統(tǒng)v 把劃分的子任務(wù)分配給不同的子系統(tǒng)承擔(dān)v 由各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)動(dòng)作完成數(shù)控多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)v兩個(gè)或兩個(gè)以上的微處理機(jī)構(gòu)成多個(gè)子系統(tǒng)v子系統(tǒng)之間采用緊耦合v有集中的操作系統(tǒng)，共享資源v或者有兩個(gè)或兩個(gè)以上的微處理機(jī)構(gòu)成的功能模塊v功能模塊之間采用松耦合v有多重操作系統(tǒng)有效地實(shí)現(xiàn)并行處理多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)v留意：v 有的CNC裝置雖有兩個(gè)以上的微處理機(jī)，但其中只有一個(gè)微處理機(jī)能夠控制系

10、統(tǒng)總線，占有總線資源；v 而其他微處理機(jī)成為專用的智能部件，不能控制系統(tǒng)總線，不能訪問主存儲(chǔ)器；v 它們組成主從結(jié)構(gòu)，故應(yīng)歸于單微處理機(jī)的結(jié)構(gòu)中多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)v性能價(jià)格比高v 每個(gè)微處理機(jī)各完成系統(tǒng)中指定的一部分功能，獨(dú)立執(zhí)行程序，比單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)提高了計(jì)算處理速度，適應(yīng)了多軸控制、高精度、高進(jìn)給速度、高效率要求。由于系統(tǒng)資源共享，而單個(gè)微處理機(jī)價(jià)格又較便宜，使性價(jià)比大為提高v采用模塊化結(jié)構(gòu)具有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性v 將微處理機(jī)、存儲(chǔ)器、輸入輸出控制分別做成插件板 ( 即硬件模塊 ) ，相應(yīng)軟件也是模塊結(jié)構(gòu)，使設(shè)計(jì)簡單，試制周期短，結(jié)構(gòu)緊湊，具有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性多微處

11、理機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)v可靠性高v 由于每個(gè)微處理機(jī)分管各自任務(wù)，形成若干模塊。即使某個(gè)模塊出故障，其他模塊仍照常工作，不像單微處理機(jī)那樣，一旦出故障，整個(gè)系統(tǒng)將癱瘓。而更換插件模塊較方便，可使故障對(duì)系統(tǒng)的影響減到最小程度；由于資源共享，省去一些重復(fù)機(jī)構(gòu)，使造價(jià)降低，也提高了可靠性。 v硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)v 由于一般硬件是通用的，易配置；只要開發(fā)新的軟件就可構(gòu)成不同的 CNC 系統(tǒng)，便于組織規(guī)模生產(chǎn)，形成批量，且保證質(zhì)量多微處理機(jī)CNC裝置的典型結(jié)構(gòu) 多微處理機(jī)組成的CNC裝置中，可據(jù)具體情況合理劃分其功能模塊： CNC管理模塊 CNC插補(bǔ)模塊 位置控制模塊 PC模塊 操作和控制數(shù)據(jù)

12、輸入輸出、顯示模塊 存儲(chǔ)器模塊 這6種功能模塊組成。多微處理機(jī)CNC裝置的典型結(jié)構(gòu) 若需要擴(kuò)充功能，再增加相應(yīng)的模塊。這些模塊之間互連與通信是在機(jī)柜內(nèi)耦合，典型的有共享總線和共享存儲(chǔ)器兩類結(jié)構(gòu) 共享總線結(jié)構(gòu) v所有主、從模塊都插在配有總線插座的機(jī)柜內(nèi)，共享嚴(yán)格設(shè)計(jì)定義的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線v系統(tǒng)總線的作用v 把各個(gè)模塊有效地連接在一起，按照要求交換各種數(shù)據(jù)和控制信息，構(gòu)成一個(gè)完整系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。 共享總線結(jié)構(gòu)v只有主模塊有權(quán)控制使用系統(tǒng)總線v 由于某一時(shí)刻只能由一個(gè)主模塊占有總線，必須要有仲裁電路來裁決多個(gè)主模塊同時(shí)請(qǐng)求使用系統(tǒng)總線的競爭v 每個(gè)主模塊按其擔(dān)負(fù)任務(wù)的重要程度已預(yù)先安排好優(yōu)先級(jí)別的順

13、序。v 總線仲裁的目的，也就是在它們爭用總線時(shí)，判別出各模塊優(yōu)先權(quán)的高低。 共享總線結(jié)構(gòu)v這種結(jié)構(gòu)模塊之間的通信，主要依靠存儲(chǔ)器來實(shí)現(xiàn)v大部分系統(tǒng)采取公共存儲(chǔ)器方式。v 公共存儲(chǔ)器直接插在系統(tǒng)總線上，有總線使用權(quán)的主模塊都能訪問。v 使用公共存儲(chǔ)器的通信方式雙方都要占用系統(tǒng)總線，可供任意兩個(gè)主模塊交換信息 多微處理機(jī)共享總線結(jié)構(gòu) v這種結(jié)構(gòu)中的多微處理機(jī)共享總線時(shí)會(huì)引起“競爭”，使信息傳輸率降低，總線一旦出現(xiàn)故障，會(huì)影響全局。但因其結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)配置靈活，無源總線造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)而常被采用。 共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) v這種多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)，采用多端口存儲(chǔ)器來實(shí)現(xiàn)各微處理機(jī)之間的互聯(lián)和通信。v由多端口控制邏輯

14、電路來解決訪問沖突。v由于同一時(shí)刻只能有一個(gè)微處理機(jī)對(duì)多端口存儲(chǔ)器讀或?qū)?，所以功能?fù)雜而要求微處理機(jī)數(shù)量增多時(shí)，會(huì)因爭用共享而造成信息傳輸?shù)淖枞?，降低系統(tǒng)效率，因此擴(kuò)展功能很困難。 共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)v配有兩套數(shù)據(jù)、地址和控制線，可供兩個(gè)端口訪問，訪問優(yōu)先權(quán)預(yù)先安排好v兩個(gè)端口同時(shí)訪問時(shí)，由內(nèi)部硬件裁決其中一個(gè)端口優(yōu)先訪問。 雙端口存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)框圖雙端口存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)框圖共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)v多微處理機(jī)共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)框圖 (三) 單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)1 分布式多微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2 主/從式多微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3 總線式多微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第二節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)接口電路數(shù)控系統(tǒng)接口電路v開關(guān)量輸入/輸出接口

15、v模擬量輸入/輸出接口v數(shù)字通信接口v標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)輸入/輸出設(shè)備接口開關(guān)量輸入/輸出接口v開關(guān)狀態(tài)的閉合與斷開v指示燈的亮和滅v繼電器或接觸器的吸合和釋放v電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止v晶閘管的通和斷v閥門的打開和關(guān)閉v脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)和定時(shí)信號(hào)以二進(jìn)制邏輯以二進(jìn)制邏輯“0或或“1出出現(xiàn)現(xiàn)開關(guān)量的電氣接口形式vCMOS電平vTTL電平v非TTL電平v開關(guān)或繼電器觸點(diǎn)信號(hào)TTL電平標(biāo)準(zhǔn)電平標(biāo)準(zhǔn)輸出輸出 L： 2.4V。輸入輸入 L： 2.0VTTL器件：器件：輸出低電平要小于輸出低電平要小于0.4V，高電平要大于，高電平要大于2.4V輸入，低于輸入，低于0.8V就認(rèn)為是就認(rèn)為是0，高于，高于2.0就認(rèn)為是就認(rèn)

16、為是1CMOS電平：電平：輸出輸出 L： 0.9*Vcc。輸入輸入 L： 0.7*Vcc. 典型開關(guān)量I/O模板有三部分組成：總線接口邏輯輸入緩沖器和輸出緩沖器I/O電氣接口總線接口邏輯v主要完成對(duì)總線信號(hào)進(jìn)行緩沖和驅(qū)動(dòng)v對(duì)地址進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生輸入端口的譯碼信號(hào)和輸出端口的譯碼信號(hào)輸入緩沖器和輸出緩沖器v輸入緩沖器接收由外部輸入的信號(hào)，等待微處理器將這些輸入信號(hào)取走v輸出緩沖器鎖存微處理器向外部輸出的信號(hào)并向外部輸出I/O電氣接口v信號(hào)調(diào)理電路，完成濾波、電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、功率驅(qū)動(dòng)v外部信號(hào)的輸入可能引起瞬時(shí)高電壓干擾、過電壓、接觸抖動(dòng)、接口噪聲，電氣接口可采用去抖動(dòng)、濾波、電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離

17、等措施v驅(qū)動(dòng)電路可選TTL電平三態(tài)門輸出電路、開路集電極OC門輸出電路、達(dá)林頓陣列驅(qū)動(dòng)電路、晶閘管模擬量輸入接口v被測(cè)模擬量輸入接口A/D轉(zhuǎn)換接口電路v 被測(cè)模擬量經(jīng)信號(hào)調(diào)理后，輸入模擬量輸入接口，由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，才能為數(shù)控裝置的計(jì)算機(jī)控制電路所接受；v模擬量輸出接口D/A轉(zhuǎn)換接口電路v CNC送往執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和信號(hào)調(diào)理后送往執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換接口電路v輸入、輸出電壓信號(hào)v 05V，05V，010Vv輸入、輸出電流信號(hào)v 010mA，420mA模擬量輸入接口組成及原理v多路開關(guān)v采樣保持器vA/D轉(zhuǎn)換器v數(shù)據(jù)緩沖器vCNC內(nèi)部總線接口邏輯模擬量輸入接口組成及原理v采用

18、分時(shí)多路工作方式v系統(tǒng)控制多路開關(guān)選擇一路信號(hào)v接通的信號(hào)經(jīng)采樣保持器后送至A/D轉(zhuǎn)換器vA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼后存在數(shù)據(jù)緩沖器中，供其它模塊使用v總線接口邏輯對(duì)總線信號(hào)進(jìn)行緩沖和驅(qū)動(dòng)，對(duì)地址譯碼，實(shí)現(xiàn)通道選擇和數(shù)據(jù)緩沖器中數(shù)據(jù)的輸入模擬量輸出接口組成及原理vCNC內(nèi)部總線接口邏輯v通道選擇器vD/A轉(zhuǎn)換器v信號(hào)調(diào)理電路模擬量輸出接口組成及原理v總線接口邏輯對(duì)要輸出地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行緩沖v送到各路D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端v由通道選擇器產(chǎn)生的選通信號(hào)選擇一個(gè)通道v該通道數(shù)據(jù)由D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量v送往信號(hào)調(diào)理電路v調(diào)理電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行變換，送往執(zhí)行機(jī)構(gòu)常見的數(shù)字通信接口vRS-232RS-232v電子

19、工業(yè)協(xié)會(huì)(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口v通常 RS-232 接口以9個(gè)引腳 (DB-9) 或是25個(gè)引腳 (DB-25) 的型態(tài)出現(xiàn)RS-232CvRS-232C 規(guī)范協(xié)議的全稱是 EIA-RS-232C 規(guī)范，C代表RS232的最新一次修改1969）v規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過程。v常用物理標(biāo)準(zhǔn)還有EIA RS-422A、EIA RS-423A、EIA RS-485 v目前PC機(jī)上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口 RS-232C的機(jī)械特性 建議使用25針的D型連接器，也可使用9針連接

20、器DB-9RS-232C引腳定義v2個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)：發(fā)送TXD；接收RXDv1個(gè)信號(hào)地線：SGv6個(gè)控制信號(hào)： vDSR 數(shù)傳發(fā)送準(zhǔn)備好，Data Set Ready。 vDTR 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好，Data Terminal Ready。 vRTS DTE請(qǐng)求DCE發(fā)送Request To Send）。 vCTS DCE允許DTE發(fā)送Clear To Send），該信號(hào)是對(duì)vRTS信號(hào)的回答。 vDCD 數(shù)據(jù)載波檢測(cè)Data Carrier Detection），當(dāng)本地vDCE設(shè)備Modem收到對(duì)方的DCE設(shè)備送來的載波信號(hào)時(shí)，v使DCD有效，通知DTE準(zhǔn)備接收， 并且由DCE將接收到的載波v信號(hào)解

21、調(diào)為數(shù)字信號(hào)， 經(jīng)RXD線送給DTE。 vRI 振鈴信號(hào)Ringing），當(dāng)DCE收到對(duì)方的DCE設(shè)備送來v的振鈴呼叫信號(hào)時(shí)，使該信號(hào)有效，通知DTE已被呼叫。 RS-232C的電氣特性v對(duì)于數(shù)據(jù)信息碼）：v 邏輯“1”（傳號(hào)的電平低于-3V；v 邏輯“0”（空號(hào)的電平高于+3V；v對(duì)于控制信號(hào)；v 接通狀態(tài)(ON )即信號(hào)有效的電平高于+3V； v 斷開狀態(tài)(OFF)即信號(hào)無效的電平低于-3V；v 也就是當(dāng)傳輸電平的絕對(duì)值大于3V時(shí)，電路可以有效地檢查出來，介于-3+3V之間的電壓無意義，低于-15V或高于+15V的電壓也認(rèn)為無意義 RS-232C 與TTL轉(zhuǎn)換vEIA RS-232C 是用

22、正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同v為能同計(jì)算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在EIA RS-232C 與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換v實(shí)現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片：v MC1488、SN75150可完成TTLEIA的轉(zhuǎn)換 v MC1489、SN75154可實(shí)現(xiàn)EIA TTL的轉(zhuǎn)換v MAX232芯片可完成TTLEIA雙向電平轉(zhuǎn)換RS232遠(yuǎn)程發(fā)送數(shù)據(jù)的工作過程v如圖所示為RS232C在異步傳輸方式下的連接方法，其中DTE為微型計(jì)算機(jī)，DCE為MODEM，使用25針的D型連接器電源發(fā)送電路接收電路檢測(cè)和控制電路DTEDCE保護(hù)地S

23、HG信號(hào)地SIG發(fā)送數(shù)據(jù)TXD請(qǐng)求發(fā)送RTS允許發(fā)送CTS接收信號(hào)線檢測(cè)DCD接收數(shù)據(jù)RXD數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備就緒DSR數(shù)據(jù)終端就緒DTR振鈴指示RIRS232遠(yuǎn)程發(fā)送數(shù)據(jù)的工作過程v當(dāng)終端有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，置DTR線為“ON”，通知本地MODEM，終端已處于通信就緒。v本地MODEM響應(yīng)，置DSR為“ON”， MODEMv 接入線路，準(zhǔn)備好通信v終端置RTS線為“ON”，通知本地MODEM準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)RS232遠(yuǎn)程發(fā)送數(shù)據(jù)的工作過程v本地MODEM檢測(cè)到RTS線為“ON后，即通過電話線發(fā)一載波信號(hào)給遠(yuǎn)程MODEM，通知遠(yuǎn)程MODEM準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)v同時(shí)置CTS線為“ON”，告訴終端已準(zhǔn)備好接收要發(fā)送的數(shù)

24、據(jù)。v遠(yuǎn)程MODEM檢測(cè)到載波后，置DCD線為“ON”，通知遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)RS232遠(yuǎn)程發(fā)送數(shù)據(jù)的工作過程v若是呼叫過程，遠(yuǎn)程MODEM檢測(cè)到載波，則置RI線為“ON”v終端檢測(cè)到CTS線為“ON后，由TXD線發(fā)送數(shù)據(jù)，并用RXD線接收遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)v終端數(shù)據(jù)發(fā)送完后，置RTS線為“OFF”，通知本地MODEM發(fā)送結(jié)束RS232遠(yuǎn)程發(fā)送數(shù)據(jù)的工作過程v本地MODEM檢測(cè)到RTS為“OFF后，停止向電話線發(fā)送載波，并置CTS線為“OFF作為回答v遠(yuǎn)程MODEM檢測(cè)不到載波后，置DCD和RI線為“OFF”，恢復(fù)原始狀態(tài)v終端置DTR為“OFF”，通知本地MODEM拆線v本地MODEM

25、檢測(cè)到DTR為“OFF ”，將其DSR線置為“OFF ”，同意拆線輸入輸出信號(hào)連接與調(diào)試（一開關(guān)量信號(hào)連接開關(guān)量信號(hào)類型： 直流、交流 有源、無源 有觸點(diǎn)、無觸點(diǎn)等開關(guān)量信號(hào)連接注意事項(xiàng)v不管CNC裝置輸入信號(hào)是什么種類，需設(shè)計(jì)相應(yīng)電路將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電平或脈沖信號(hào)v開關(guān)量輸出電路中，當(dāng)被控對(duì)象是電磁閥、電磁離合器等交流負(fù)載，或是工作電壓或電流）輸出信號(hào)最大允許值的直流負(fù)載，應(yīng)： v 第1步：先驅(qū)動(dòng)24V中間繼電器；v 第2步：直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載或者用觸點(diǎn)控制強(qiáng)電線路中的功率接觸器開關(guān)量信號(hào)連接注意事項(xiàng)v中間繼電器線圈一定要并聯(lián)保護(hù)二極管，并注意二極管的方向v 緣由：繼電器線圈相當(dāng)于大電感，當(dāng)線圈斷電

26、時(shí)，二極管可為電流提供釋放回路，否則易燒壞驅(qū)動(dòng)電路v為提高抗干擾能力，弱電信號(hào)線與強(qiáng)電信號(hào)線在線槽中分別走線v在交流接觸器線圈兩端要就近并聯(lián)滅弧裝置。交流電動(dòng)機(jī)的每相之間也要用滅弧裝置。模擬量輸出信號(hào)連接注意事項(xiàng)v模擬量輸出信號(hào)直接連到進(jìn)給軸和主軸驅(qū)動(dòng)器時(shí)，需用屏蔽電纜傳輸，且屏蔽層一端接外殼即接地），傳輸信號(hào)線盡可能端，屏蔽線非屏蔽部分不得50mmv驅(qū)動(dòng)單元輸入阻抗10Kv控制進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的模擬量輸出應(yīng)與驅(qū)動(dòng)單元配合，使得當(dāng)模擬量為99.5V時(shí)，電動(dòng)機(jī)以G00轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)模擬量輸出信號(hào)連接注意事項(xiàng)v許多機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)的正反轉(zhuǎn)切換是通過M03/M04完成，故主軸控制電壓需選擇單極性0+10V還是雙極性（

27、 010V ）位置反饋輸入信號(hào)v位置檢測(cè)組件v 光電脈沖編碼器v 旋轉(zhuǎn)變壓器v 直線光柵v 直線感應(yīng)同步器半閉環(huán)全閉環(huán)位置反饋輸入信號(hào)v不同檢測(cè)元件與CNC接口不同v同一種CNC裝置只能接一種或兩種位置傳感器注意事項(xiàng)一v位置傳感器至CNC的連接電纜不應(yīng)過長，且選擇屏蔽電纜，不可與強(qiáng)電信號(hào)線同槽v 緣由：位置傳感器檢測(cè)信號(hào)受到干擾，會(huì)使CNC系統(tǒng)產(chǎn)生錯(cuò)誤修正，這是無法重新修正回來的位置反饋輸入信號(hào)注意事項(xiàng)二位置反饋輸入信號(hào)v宜采用較粗的線或兩根以上的線連接電源減小連線電阻），或者將電源電壓調(diào)高一些抵消傳輸壓降）v 緣由：連接電源時(shí)，傳輸線較長，會(huì)有衰減注意事項(xiàng)三手輪信號(hào)v手輪又稱脈沖發(fā)生器MPG

28、）v工作原理：v MPG每轉(zhuǎn)輸出100個(gè)方波脈沖信號(hào)，分為相位相差900的A、B兩相，通過四根線（+5V，GND，A，B與CNC相連v CNC通過判斷A、B信號(hào)相位超前或滯后來判斷MPG的正反轉(zhuǎn)，通過檢測(cè)MPG所發(fā)脈沖個(gè)數(shù)來控制坐標(biāo)軸移動(dòng)的距離硬件調(diào)試注意事項(xiàng)所有接線接好后進(jìn)行調(diào)試，注意如下問題：仔細(xì)閱讀外部設(shè)備和CNC裝置的接口說明書，核對(duì)每一個(gè)信號(hào)和連線是否符合要求；特別注意不同公司的伺服驅(qū)動(dòng)裝置，其構(gòu)成反饋回路的形式不同，其中包括速度環(huán)和位置環(huán)的構(gòu)成以及位置信號(hào)的獲取位置傳感器的選擇應(yīng)與機(jī)械傳動(dòng)、位置分辨率以及CNC裝置內(nèi)部倍頻數(shù)的設(shè)定一起考慮硬件調(diào)試注意事項(xiàng)v檢查所有接地線是否符合說明

29、書的要求，特別要注意安全地的連接；v檢查電路交/直流電源是否有短路現(xiàn)象v調(diào)查電路板上的短接棒、電位器等相應(yīng)位置v先手動(dòng)操作，檢查伺服系統(tǒng)跟隨誤差是否過大報(bào)警，一切正常后轉(zhuǎn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)v根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值調(diào)整零漂補(bǔ)償值v調(diào)整伺服系統(tǒng)最高運(yùn)行速度值v調(diào)整伺服系統(tǒng)位置環(huán)增益值設(shè)置為變?cè)鲆婵刂疲┫葯z查后上電先組件后整機(jī)先手動(dòng)后自動(dòng)第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)一、數(shù)控系統(tǒng)中軟件所承擔(dān)的任務(wù)一、數(shù)控系統(tǒng)中軟件所承擔(dān)的任務(wù)v控制控制v 預(yù)處理模塊預(yù)處理模塊v 插補(bǔ)計(jì)算模塊插補(bǔ)計(jì)算模塊v 位置控制模塊位置控制模塊v PLC模塊模塊v管理管理協(xié)調(diào)各模塊有序工作協(xié)調(diào)各模塊有序工作v 管理著管理著N

30、C代碼從輸入、預(yù)處理、插補(bǔ)、位置代碼從輸入、預(yù)處理、插補(bǔ)、位置控制等全過程，以及系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、刀具參數(shù)設(shè)置、控制等全過程，以及系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、刀具參數(shù)設(shè)置、NC編輯、人機(jī)交互、診斷、通訊、聯(lián)網(wǎng)等編輯、人機(jī)交互、診斷、通訊、聯(lián)網(wǎng)等CNC系統(tǒng)軟件特點(diǎn)系統(tǒng)軟件特點(diǎn)v多任務(wù)性多任務(wù)性v實(shí)時(shí)性實(shí)時(shí)性v例：例： CNC裝置正在加工中，為裝置正在加工中，為保證加工連續(xù)性，各保證加工連續(xù)性，各NC代碼段的代碼段的預(yù)處理、插補(bǔ)、位置控制和輔助預(yù)處理、插補(bǔ)、位置控制和輔助控制任務(wù)要實(shí)時(shí)完成；控制任務(wù)要實(shí)時(shí)完成；v 為使操作人員及時(shí)了解和為使操作人員及時(shí)了解和干預(yù)干預(yù)CNC工作狀態(tài)，系統(tǒng)在執(zhí)行工作狀態(tài)，系統(tǒng)在執(zhí)行加工

31、任務(wù)時(shí)還應(yīng)及時(shí)進(jìn)行人機(jī)交加工任務(wù)時(shí)還應(yīng)及時(shí)進(jìn)行人機(jī)交互；互；v 為及時(shí)檢查和預(yù)報(bào)各種故為及時(shí)檢查和預(yù)報(bào)各種故障，要及時(shí)運(yùn)行故障診斷程序；障，要及時(shí)運(yùn)行故障診斷程序；v 及時(shí)完成通信等任務(wù)。及時(shí)完成通信等任務(wù)。多任務(wù)、并行處理技術(shù)v并行處理v 計(jì)算機(jī)在同一時(shí)刻或同一時(shí)間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不同的工作硬件：由多個(gè)微處理器分別實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)的一些實(shí)時(shí)功能，各個(gè)處理器 并行地運(yùn)行各自的實(shí)時(shí)任務(wù)軟件：分時(shí)的并行處理技術(shù) 多重中斷的并行處理技術(shù)分時(shí)的并行處理技術(shù)v允許一個(gè)處理器同時(shí)完成多個(gè)任務(wù)v各個(gè)任務(wù)按其需要時(shí)間的長短被分割成一個(gè)個(gè)子任務(wù)，系統(tǒng)用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的方式處理和完成各項(xiàng)任務(wù)，即v 按

32、某種輪換次序給每個(gè)任務(wù)分配一段CPU時(shí)間，處理各子任務(wù)分時(shí)的并行處理技術(shù)v要求v 保證每個(gè)任務(wù)的合理響應(yīng)時(shí)間v例如v 一個(gè)NC代碼段的預(yù)處理需在該程序段被加工之前完成分時(shí)的并行處理技術(shù)v缺陷v 有些任務(wù)不能按輪換次序等待，實(shí)時(shí)性不好多重中斷的并行處理技術(shù)v實(shí)時(shí)，是指在一個(gè)確定的有限的時(shí)間里對(duì)外部產(chǎn)生的隨機(jī)事件作出響應(yīng)，并在確定的時(shí)間里完成這種響應(yīng)或處理v對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)這樣的有實(shí)時(shí)性要求、且各任務(wù)互相交錯(cuò)并發(fā)的多任務(wù)控制系統(tǒng)，可采用多重中斷的并行處理技術(shù)多重中斷的并行處理技術(shù)v各種實(shí)時(shí)任務(wù)被安排成不同優(yōu)先級(jí)別的中斷服務(wù)程序v在同一個(gè)中斷程序中按其優(yōu)先級(jí)高低而順序運(yùn)行軟件總體結(jié)構(gòu)v前后臺(tái)型軟件結(jié)構(gòu)v

33、多重中斷型軟件結(jié)構(gòu)v功能模塊型軟件結(jié)構(gòu)單微處理器多微處理器前后臺(tái)型軟件結(jié)構(gòu)v前后臺(tái)型軟件結(jié)構(gòu)適合于集中控制的單微處理器結(jié)構(gòu)數(shù)控裝置。v前臺(tái)程序?yàn)閷?shí)時(shí)中斷程序，承擔(dān)了幾乎全部實(shí)時(shí)功能，如位置控制、插補(bǔ)計(jì)算、輔助功能處理和面板掃描等。v后臺(tái)程序主要完成準(zhǔn)備工作，包括輸入、譯碼、插補(bǔ)準(zhǔn)備及管理等，通常稱為背景程序。背景程序是一個(gè)循環(huán)程序，在運(yùn)行過程中不斷插入實(shí)時(shí)中斷服務(wù)程序，前后臺(tái)程序相互配合完成加工任務(wù) 多重中斷型軟件結(jié)構(gòu)v根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)功能的相對(duì)獨(dú)立性，按實(shí)時(shí)性的高低，將它們分別歸并入不同級(jí)別的中斷服務(wù)程序中，從而組成一個(gè)嵌套的多重中斷型軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)的管理功能主要通過各級(jí)中斷服務(wù)程序之間的通信來

34、實(shí)現(xiàn)。v除了開機(jī)初始化外，NC代碼輸入、預(yù)處理、插補(bǔ)、輔助功能實(shí)現(xiàn)及位置伺服控制，通過鍵盤、機(jī)床操作面板和CRT等交互設(shè)備進(jìn)行的數(shù)據(jù)輸入、輸出和顯示等各種功能子程序均被安排在級(jí)別不同的中斷服務(wù)程序中，整個(gè)軟件是一個(gè)大的多重中斷嵌套系統(tǒng)。功能模塊型軟件結(jié)構(gòu)v功能模塊型軟件結(jié)構(gòu)適合于多微處理器CNC裝置v每個(gè)微處理器分管各自任務(wù)，形成特定的功能模塊，相應(yīng)軟件也模塊化，形成功能模塊軟件結(jié)構(gòu)，固化在對(duì)應(yīng)的硬件功能模塊中v各功能模塊之間具有明確的硬、軟件接口，從而構(gòu)成一個(gè)實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的多任務(wù)并行處理系統(tǒng) 第四節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)采用的軟件技術(shù)v任務(wù)的分析說明v軟件需求分析v總體設(shè)計(jì)v詳細(xì)設(shè)計(jì)v編程、單元測(cè)試與綜合

35、測(cè)試v運(yùn)行及維護(hù)一 軟件開發(fā)方法任務(wù)的分析及說明v確定完成的總目標(biāo)v分析任務(wù)的難度、工作量、現(xiàn)有基礎(chǔ)和環(huán)境v確定工程的可行性和實(shí)施方案v確定技術(shù)指標(biāo)v簽訂合同軟件需求分析v確定系統(tǒng)軟硬件要求v確定軟件系統(tǒng)功能v確定用戶界面形式總體設(shè)計(jì)v系統(tǒng)設(shè)計(jì)v 確定系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方案v 確定軟件開發(fā)環(huán)境v結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)v 劃分系統(tǒng)組成模塊v 確定各組成模塊功能及通信接口詳細(xì)設(shè)計(jì)v按各組成模塊的功能，確定各個(gè)模塊的處理過程v對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)精確描述，確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編程、單元測(cè)試、綜合測(cè)試v用確定語言編程，從模塊到整體依次進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試和連接運(yùn)行及維護(hù)v通過各種必要的維護(hù)使系統(tǒng)持久地滿足用戶要求二 人機(jī)交互處理技術(shù)v工作模式

36、的選擇、調(diào)試、運(yùn)行管理和維護(hù)v 用戶輸入命令、數(shù)據(jù)v CNC系統(tǒng)向用戶提供系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)v CNC向用戶進(jìn)行信息反饋v 出現(xiàn)操作錯(cuò)誤和系統(tǒng)故障時(shí)，報(bào)警 （一交互設(shè)備（一交互設(shè)備v數(shù)控面板由數(shù)控面板由CRT顯示和顯示和MDI鍵盤所組成）鍵盤所組成）v機(jī)床操作面板和手輪機(jī)床操作面板和手輪v鼠標(biāo)鼠標(biāo)機(jī)床操作面板上的按鍵和開關(guān)機(jī)床操作面板上的按鍵和開關(guān)v操作方式的選擇手動(dòng)、自動(dòng)操作方式的選擇手動(dòng)、自動(dòng)/單段等）、系統(tǒng)啟動(dòng)、單段等）、系統(tǒng)啟動(dòng)、系統(tǒng)復(fù)位、急停等系統(tǒng)控制按鍵和開關(guān)系統(tǒng)復(fù)位、急停等系統(tǒng)控制按鍵和開關(guān)v刀具夾緊刀具夾緊/松開、工件夾緊松開、工件夾緊/松開、切削液供給等由松開、切削液供給等由機(jī)床廠

37、自由分配的按鍵和開關(guān)機(jī)床廠自由分配的按鍵和開關(guān)v運(yùn)動(dòng)軸的選擇、運(yùn)動(dòng)方向選擇等軸運(yùn)動(dòng)控制按鍵和運(yùn)動(dòng)軸的選擇、運(yùn)動(dòng)方向選擇等軸運(yùn)動(dòng)控制按鍵和開關(guān)開關(guān)v影響進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)開關(guān)和按鍵影響進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)開關(guān)和按鍵（二常見用戶界面操作形式（二常見用戶界面操作形式v程序控制界面程序控制界面v數(shù)據(jù)輸入界面數(shù)據(jù)輸入界面v交互輸出界面交互輸出界面程序控制界面程序控制界面v接收用戶命令，完成對(duì)數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行的控制v方式：v 命令語言v 菜單v 窗口v 直接控制命令語言形式v形式靈活，占用屏幕少v命令語言難以學(xué)習(xí)和記憶，易出現(xiàn)操作錯(cuò)誤菜單形式v減輕了用戶的學(xué)習(xí)記憶負(fù)擔(dān)，是目前數(shù)控系統(tǒng)使用最廣泛的交互

38、形式窗口形式v能同時(shí)顯示多進(jìn)程多任務(wù)的運(yùn)行情況v20世紀(jì)80年代計(jì)算機(jī)人機(jī)界面技術(shù)的一個(gè)重要成果直接操作界面形式vWIMPv W：窗口v I：圖標(biāo)v M：菜單v P：鼠標(biāo)器v 圖形用戶界面與面向?qū)ο缶幊滔嘟Y(jié)合的一項(xiàng)技術(shù)數(shù)據(jù)輸入界面數(shù)據(jù)輸入界面v問答式輸入速度慢v填表輸入v菜單選擇輸入輸入數(shù)據(jù)受限制，編程繁瑣v直接操作輸入輸入數(shù)據(jù)受限制，編程繁瑣交互輸出界面交互輸出界面v響應(yīng)信息v 對(duì)用戶提供的操作請(qǐng)求、命令等信息作出響應(yīng)v提示信息v 提示用戶系統(tǒng)現(xiàn)在在做什么，以及下步將做什么v運(yùn)行信息v 將系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果信息以文字、圖形、聲音等方式提供給用戶的出錯(cuò)信息v出錯(cuò)信息v 當(dāng)用戶操作或系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)時(shí)向用

39、戶提供出錯(cuò)或報(bào)警信息v幫助信息v 數(shù)控系統(tǒng)向用戶提供的操作使用方法等信息盡量把交互過程的所有信息盡量把交互過程的所有信息都顯示出來，都顯示出來，在顯示內(nèi)容和形式上在顯示內(nèi)容和形式上盡量做到美觀、生動(dòng)和可靠盡量做到美觀、生動(dòng)和可靠（三人機(jī)交互對(duì)輸入信息的處理（三人機(jī)交互對(duì)輸入信息的處理v簡單情形v 人機(jī)交互處理模塊僅與一個(gè)交互輸入設(shè)備通信v 輸入設(shè)備已知v交互處理模塊給提示等待用戶輸入信息（三人機(jī)交互對(duì)輸入信息的處理（三人機(jī)交互對(duì)輸入信息的處理v定時(shí)詢問方式v 交互輸入設(shè)備有多個(gè)v 人機(jī)交互模塊無法預(yù)知用戶何時(shí)使用輸入設(shè)備v定時(shí)詢問v 周期性地檢查各個(gè)輸入設(shè)備的狀態(tài)，在有輸入的情況下，接收相關(guān)數(shù)

40、據(jù)或轉(zhuǎn)到相應(yīng)的操作處理（三人機(jī)交互對(duì)輸入信息的處理（三人機(jī)交互對(duì)輸入信息的處理v中斷方式v 為各種交互輸入設(shè)備分配不同的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)用戶操作某一輸入設(shè)備時(shí)，相應(yīng)設(shè)備主動(dòng)向CNC系統(tǒng)請(qǐng)求中斷v優(yōu)點(diǎn)：v CNC系統(tǒng)程序可一直處于工作狀態(tài)；v 一些隨機(jī)的需要及時(shí)處理的事件能通過中斷機(jī)制得到處理v缺陷：v 對(duì)多個(gè)輸入設(shè)備，需增加許多中斷源，使中斷處理復(fù)雜化（三人機(jī)交互對(duì)輸入信息的處理（三人機(jī)交互對(duì)輸入信息的處理v事件隊(duì)列方式v 每個(gè)來自于交互輸入設(shè)備的操作構(gòu)成一個(gè)事件v 每個(gè)事件記錄了產(chǎn)生事件的設(shè)備名和輸入信息v 按事件發(fā)生前后順序排隊(duì)，構(gòu)成事件隊(duì)列，等侯逐個(gè)處理v事件隊(duì)列在內(nèi)存中可看做是一個(gè)環(huán)行緩沖區(qū)

41、，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類似于循環(huán)隊(duì)列（四用戶界面設(shè)計(jì)工具vBorland C+vVisual BasicvVisual C+vPower Builder三 監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)v監(jiān)測(cè)過程包括狀態(tài)獲取和狀態(tài)比較兩方面v狀態(tài)獲?。簐 對(duì)被控設(shè)備和過程的參數(shù)及特征值的采集和再現(xiàn)；v狀態(tài)比較：v 實(shí)際狀態(tài)與給定狀態(tài)的比較。通過比較，可對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行邊v 界值和運(yùn)行趨勢(shì)進(jìn)行檢查監(jiān)測(cè)策略v由監(jiān)測(cè)目標(biāo)確定有關(guān)監(jiān)測(cè)時(shí)間因素v由經(jīng)濟(jì)性因素選擇自動(dòng)化程度、監(jiān)測(cè)位置和監(jiān)測(cè)分辨率v選擇測(cè)量對(duì)象、測(cè)量量以及表現(xiàn)特征、測(cè)量原理v選擇傳感器v確定監(jiān)測(cè)結(jié)果的描述形式監(jiān)測(cè)與診斷的關(guān)系v監(jiān)測(cè)是診斷的依據(jù)v診斷充分利用監(jiān)測(cè)中獲取的狀態(tài)和狀態(tài)比較的結(jié)果，

42、判斷可能出現(xiàn)的和已出現(xiàn)的故障，分析故障原因，對(duì)故障定位診斷對(duì)象v機(jī)床有關(guān)部件v數(shù)控系統(tǒng)硬件v數(shù)控系統(tǒng)軟件v加工過程對(duì)機(jī)床的診斷v各種液壓、氣壓及溫度閥v刀具專用夾具v導(dǎo)軌v承受大負(fù)載的部件v各種開關(guān)邏輯關(guān)系和閉鎖情況v進(jìn)給電動(dòng)機(jī)和主軸電動(dòng)機(jī)數(shù)控系統(tǒng)軟硬件診斷v對(duì)數(shù)控系統(tǒng)中各硬件模塊和軟件模塊功能檢查和診斷加工過程的診斷v加工過程中的一些過程變量進(jìn)行檢查v 如切削力、刀具磨損等情況診斷的實(shí)現(xiàn)v借助系統(tǒng)自診斷功能實(shí)現(xiàn)v方式v 可分布在各數(shù)控功能程序中v 可為獨(dú)立的診斷功能模塊v 常駐在CNC程序中v 作為備用軟件，在需要時(shí)裝入CNC本卷須知v對(duì)加工過程常采用過程調(diào)節(jié)的方法緣由： 這類故障會(huì)導(dǎo)致停機(jī)

43、、甚至人身傷害 加工受隨機(jī)的各種干擾影響，難以預(yù)料機(jī)床和刀具是否過載、加工如何進(jìn)行 為了安全，采用了保守的加工用量，使設(shè)備效率未充分發(fā)揮 為充分利用機(jī)床，對(duì)加工過程的診斷以預(yù)防為主，采用按自適應(yīng)控制原理開發(fā)的過程調(diào)節(jié)的方法，監(jiān)測(cè)故障趨勢(shì)，及時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，避免故障發(fā)生故障診斷過程v機(jī)床操作者v 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，按系統(tǒng)提供的監(jiān)測(cè)和診斷信息，及操作說明和故障消除說明，測(cè)試并找到故障源v維修人員v 利用廠家提供的技術(shù)資料、測(cè)試和診斷程序包、儀器和經(jīng)驗(yàn)v通信診斷v 由廠家服務(wù)中心通信診斷程序進(jìn)行診斷v廠家維修服務(wù)人員v 廠家派遣具有專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的維修人員，通過專用測(cè)試儀器和豐富的診斷程序包，查出故障自診斷方法

44、和技術(shù)v傳統(tǒng)的自診斷方法和技術(shù)v 啟動(dòng)診斷v 在線診斷v 離線診斷v新型診斷方法和技術(shù)v 自修復(fù)技術(shù)v 通信診斷v 診斷指導(dǎo)專家系統(tǒng)啟動(dòng)診斷v指CNC從上電開始到正常運(yùn)行階段進(jìn)行的診斷v診斷內(nèi)容v 核心單元主模塊）v 存儲(chǔ)器工作存儲(chǔ)器和數(shù)控加工程序存儲(chǔ)器）v 位置伺服接口和伺服裝置v I/O接口v DNC接口v CRT/MDI數(shù)控面板單元v 標(biāo)準(zhǔn)外部輸入/輸出設(shè)備啟動(dòng)診斷v診斷內(nèi)容v 各模塊、設(shè)備以及芯片是否插裝到位v 規(guī)格型號(hào)是否正確v 電源溫度v 通風(fēng)裝置v 電網(wǎng)電壓v 帶電保護(hù)存儲(chǔ)器的電池啟動(dòng)診斷v核心單元診斷v 對(duì)CPU采用硬件的方法進(jìn)行CPU時(shí)鐘監(jiān)測(cè)，時(shí)鐘超時(shí)，LED報(bào)警；v 對(duì)系統(tǒng)

45、程序存儲(chǔ)器，采用檢驗(yàn)和檢查，即順序累加所有單元的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，舍棄向高位的進(jìn)位，將余數(shù)即實(shí)際檢驗(yàn)和與標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)和進(jìn)行比較，若不一致，說明有故障啟動(dòng)診斷v存儲(chǔ)器診斷v 對(duì)工作存儲(chǔ)器，裝入特定測(cè)試程序并運(yùn)行之，若不能正常運(yùn)行，說明有故障v 對(duì)數(shù)控加工程序存儲(chǔ)器，通過比較寫入和再讀出的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，若比較結(jié)果不一致，說明有故障v 啟動(dòng)診斷v開關(guān)量I/O接口診斷v 對(duì)開關(guān)量I/O接口，采用自閉路方法檢查：v 將I/O接口與外部電路和設(shè)備脫開v 接一測(cè)試電阻板v 將每個(gè)輸入電路與一個(gè)輸出電路通過一個(gè)電阻連接成閉環(huán)v 運(yùn)行專用測(cè)試程序v 使信息從輸出電路輸出v 檢查與之相連的輸入電路返回信息的響應(yīng)時(shí)間和準(zhǔn)確性

46、；v 若響應(yīng)時(shí)間太長、無響應(yīng)或響應(yīng)不正確，即存在故障啟動(dòng)診斷v位置伺服接口和伺服裝置診斷v方法：每隔一定時(shí)間通過位置伺服接口對(duì)伺服裝置進(jìn)行一次靜 v 態(tài)和動(dòng)態(tài)檢查、軌跡監(jiān)測(cè)v靜態(tài)檢查伺服裝置無驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)漂移情況的檢查v動(dòng)態(tài)檢查在無負(fù)載時(shí)，使進(jìn)給電動(dòng)機(jī)和主軸電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行，計(jì)算在一定時(shí)間和一定電流作用下，電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)距離和轉(zhuǎn)速值，檢查其與實(shí)際的相符情況v軌跡監(jiān)測(cè)使機(jī)床工作臺(tái)運(yùn)行各種給定位置，用測(cè)量探頭代替刀具，或采用激光干涉儀，測(cè)出各種位置偏差啟動(dòng)診斷v數(shù)控面板診斷v 通過各種操作輸入，觀察系統(tǒng)響應(yīng)情況來檢查v通信接口診斷v 檢驗(yàn)通信過程是否超時(shí)，通信數(shù)據(jù)域的檢驗(yàn)和是否正確，傳輸?shù)腉、M功能是否

47、為系統(tǒng)所允許在線診斷v指CNC在正常工作情況下，通過系統(tǒng)內(nèi)部的診斷程序和相應(yīng)的硬件環(huán)境，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的正確性檢查在線診斷v可編程控制器的在線診斷v 數(shù)控機(jī)床的開關(guān)過程和開關(guān)狀態(tài)v 掃描周期檢查v 限位開關(guān)、液壓、氣壓、溫度閥的工作狀態(tài)檢查v 換刀過程檢查v 各種開關(guān)量的邏輯關(guān)系和閉鎖情況檢查在線診斷vCNC裝置的在線診斷v 各數(shù)控功能和伺服系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，包括：v 對(duì)所運(yùn)行的數(shù)控加工程序的正確性檢查v 對(duì)伺服狀態(tài)的檢查v 對(duì)工作臺(tái)運(yùn)行范圍的檢查v 對(duì)各種過程變量刀具磨損、切削力等的自適應(yīng)調(diào)節(jié)等離線診斷v由經(jīng)過專門訓(xùn)練的人員完成v在CNC系統(tǒng)停止運(yùn)行系統(tǒng)程序時(shí)，把專用診斷程序輸入到CNC內(nèi)部，以診斷程

48、序取代系統(tǒng)程序運(yùn)行，診斷出故障v場(chǎng)所：設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，CNC維修中心，CNC制造廠離線診斷vPLC邏輯分析器v 在數(shù)控面板的顯示器上顯示出可編程序控制器內(nèi)部和輸入/輸出接口信號(hào)時(shí)序圖v軌跡記錄器v 機(jī)床運(yùn)行時(shí)存儲(chǔ)某一時(shí)間段機(jī)床狀態(tài)數(shù)據(jù)v 所有信息顯示在窗口中。當(dāng)有干擾時(shí)，窗口定住自修復(fù)技術(shù)vCNC系統(tǒng)在數(shù)控裝置內(nèi)設(shè)置了備用模塊，并具有自修復(fù)程序v備用模塊在正常情況下不參與運(yùn)行v自修復(fù)程序在CNC系統(tǒng)每次開機(jī)時(shí)執(zhí)行；有故障模塊時(shí)，自動(dòng)找出備用模塊，取代故障模塊通信診斷vCNC維修中心通過網(wǎng)絡(luò)、通信等手段，向用戶發(fā)送診斷程序，同時(shí)指導(dǎo)用戶進(jìn)行測(cè)試，將收集到的測(cè)試診斷數(shù)據(jù)發(fā)送回維修中心，由維修中心判斷故障

49、所在和解決問題診斷指導(dǎo)專家系統(tǒng)v也稱人工智能診斷技術(shù)和方法v有兩部分組成：知識(shí)庫 推理機(jī)v知識(shí)庫存儲(chǔ)著專家分析、判斷故障的原因、消除故障的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)v推理機(jī)對(duì)知識(shí)庫中的規(guī)則進(jìn)行解釋，并運(yùn)行向后推理程序，尋找故障原因和消除故障的方法v具有兩個(gè)用戶層：專家層 使用者層第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述概述vCNC要與各種系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行信息交換，完成加工任務(wù)。信息的交換涉及到許多通信方面的知識(shí)。例如：v 通信的方式并行和串行）v 通信時(shí)的同步問題v 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議問題v 通信設(shè)備與傳輸媒體的通信接口問題v 總線 現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)v現(xiàn)場(chǎng)總線是一種串行通信鏈路，它

50、在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中適用于設(shè)備控制層和執(zhí)行層之間及設(shè)備控制層和單元層之間的數(shù)據(jù)通信v特點(diǎn)v 通信協(xié)議比較簡單v 可靠性高v 抗干擾能力強(qiáng)v 對(duì)于通信服務(wù)要求不太高的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)來說，具有很好的性能價(jià)格比現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)v三層模型：對(duì)應(yīng)于ISO/OSI中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層v執(zhí)行裝置/傳感器現(xiàn)場(chǎng)總線SERCOSv系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUSSERCOSv英文全稱SERial Communication System）v是被實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明了的、采用光纖傳輸數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)之一v對(duì)分布式多軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)字控制提供較好的應(yīng)用v此標(biāo)準(zhǔn)已通過IEC認(rèn)證IEC-1491）SERCOSv德國機(jī)床廠協(xié)會(huì)VDW和核心電

51、子技術(shù)與電子工業(yè)協(xié)會(huì)ZVEI共同制訂的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)v用于數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置與伺服系統(tǒng)之間的串行數(shù)字通信v利用數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)中位置和速度的控制v電流仍采用模擬電路控制v數(shù)字式接口傳輸使各調(diào)節(jié)器位置可靈活安排v位置調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器均放在伺服裝置中v CNC將位置命令由SERCOS輸出v 通過現(xiàn)場(chǎng)總線串行傳輸?shù)剿欧b置v 伺服裝置由SERCOS接口接收位置命令，完成調(diào)節(jié) 位置調(diào)節(jié)器放在CNC裝置中 CNC把位置調(diào)節(jié)器的速度命令由SERCOS輸出 通過現(xiàn)場(chǎng)總線串行傳輸?shù)剿欧b置 伺服裝置由SERCOS接口接收速度命令 速度和電流調(diào)節(jié)器安排在伺服裝置中 將實(shí)際位置值通過現(xiàn)場(chǎng)總線反饋給CNC裝

52、置中的位置調(diào)節(jié)器，完成調(diào)節(jié)SERCOS環(huán)環(huán) 采用采用SERCOS接口的現(xiàn)場(chǎng)總線接口的現(xiàn)場(chǎng)總線使各通信站構(gòu)成一個(gè)環(huán)使各通信站構(gòu)成一個(gè)環(huán)Ring），稱為），稱為SERCOS環(huán)環(huán)用光纖連接，用光纖連接，SERCOS環(huán)一般環(huán)一般采用主采用主/從形式的媒體訪問控從形式的媒體訪問控制方法制方法由一個(gè)主站和多個(gè)從站組成：由一個(gè)主站和多個(gè)從站組成： 數(shù)控裝置為主站數(shù)控裝置為主站 各軸伺服裝置為從站各軸伺服裝置為從站 (二) 系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUSv在系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線中，由SIEMENS公司開發(fā)的PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議在歐洲廣泛流行vPROFIBUS用于各種智能控制器和設(shè)備之間的連接時(shí)，要區(qū)分主動(dòng)的智能設(shè)備如：控制器，計(jì)算機(jī)和被動(dòng)的設(shè)備如：輸入/輸出模塊，變頻器）。v如圖所示為PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)v各主動(dòng)設(shè)備組成令牌環(huán)網(wǎng)：發(fā)送權(quán)以令牌形式在主動(dòng)設(shè)備之間循環(huán)，得到令牌的主動(dòng)設(shè)備在將令牌沿環(huán)傳遞給下一個(gè)主動(dòng)設(shè)備之前的確定時(shí)間內(nèi)，可任意發(fā)送或接收其他總線設(shè)備信息，采用數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行各種信息交換典型PROFIBUS報(bào)文結(jié)構(gòu)如圖所