开放数控系统

开放数控系统（精选十篇）

开放数控系统 篇1

关键词：数控系统,备份,还原,故障诊断

在数控机床的使用过程中,会遇到一些异常情况如:数据传输过程中突然停电,严重时会导致数控机床系统数据发生混乱、参数丢失,影响到机床的正常工作。此时,需要对系统数据进行恢复,保障数控机床的正常运行。如果出现了此类情况,而之前没有对数控系统的数据进行可靠的备份,会对生产造成较大损失。

因此,做好数控系统数据备份工作,对保障数控机床的正常运行,重要性不言而喻。不同的数控系统备份和恢复操作方法会有所不同,但都是把数控系统数据通过某种方式存储到系统以外的介质,保障备份的可靠性。

本文以开放式数控系统代表:HNC-21/22世纪星数控系统为例,介绍开放式数控的备份和还原。

1 HNC-21/22世纪星数控系统简介

“世纪星”系列数控系统HNC-21/22采用先进的开放式体系结构,内置嵌入式工业PC(磐仪N511或研华PCM5824),配置7.7//或10.4//彩色液品显示屏和通用工程面板,集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PLC接口于一体,采用CF卡或电子盘程序存储方式以及软驱、DNC、以太网等程序交换功能、具有低价格、高性能、配置灵活、结构紧凑、易于使用、可靠性高的特点,操作系统为DOS6.22。

2 数控系统的备份和恢复方法

HNC-21/22世纪星数控系统备份和恢复方法主要有以下几种途径:(1)通过软盘进行系统备份和恢复;(2)通过DNC进行系统备份和恢复;(3)通过网络进行系统备份和恢复;(4)将存储器CF卡拆下,在外部PC上使用读卡器进行系统备份和恢复。

华中世纪星系统文件目录说明:

目录:BIN、PARM、PROG、DATA、TMP、SYS、PLC、HLP、DRV。

PARM:“系统参数值、参数值备份”等文件存放目录。

PLC:PLC源程序、编译完成后的文件、PLC头文件存放目录。

2.1 通过软盘驱动器进行系统备份和恢复

HNC-21/22世纪星数控系统支持软驱,可以使用软盘驱动器进行系统备份和恢复。需要注意的是3.5软盘容量仅有1.44M,单张软盘的容量进行系统部分备份如参数备份和PLC备份没有问题,进行完全备份会磁盘空间不足。

解决的方法:借用DOS下的压缩工具软件RAR分卷压缩功能来实现,选择DOS、BC31和HNC-21T目录生成一个自解压包,经笔者测试,压缩包容量刚好不超过1.44M,若超过1.44M可以利用RAR的分卷压缩功能,生成多个压缩包来实现完全备份。

(1)进行参数备份的步骤:

COPY C:HNC-21TPARM A:PARM/V

(2)进行PLC备份的步骤:

COPY C:HNC-21TPLC A:PLC/V

说明:强烈建议在进行系统备份前运行磁盘扫描程序scandisk,扫描并修复磁盘可能存在的错误,保证备份的可靠性。软盘在备份前建立PARM和PLC目录,用来存放参数和PLC备份。进行恢复操作时步骤类似,不过是把数据从软盘A复制到电子盘C。

2.2 通过DNC进行系统备份和恢复

华中数控系统支持在上位机和下位机之间的串口通信,串口线支持三线制和七线制,推荐采用三线制,使用华中数控提供的串口通信软件WINDNC可以非常方便地进行参数的备份和恢复、PLC的备份和恢复。

说明:通讯参数设置上位机和下位机之间参数必须保持一致,否则将不能正常通讯。推荐通讯参数设置:波特率:设为9600bps;校验位:无;数据位:8位;停止位:1;流控:无。

操作步骤:

(1)在下位机:安装有华中数控系统机床电脑上按键“F7”------DNC通讯;

(2)在上位机:PC机或笔记本电脑上运行串口通信软件WINDNC,选择“打开串口”;

(3)选择“下载参数”或“上传参数”即可以进行参数的备份或恢复;

(4)选择“下载PLC”或“上传PLC”即可以进行PLC的备份或恢复。

2.3 通过网络进行系统备份和恢复

建立网络连接的详细步骤如下:

(1)用网线连接上位机和下位机。

(2)双击华中数控通讯软件Net Dnc的图标,进入程序后,点击上位机的“网络通讯”按钮,启动上位机网络服务器。

(3)下位机中,在主菜单下,按F5键进入“设置”。

(4)如果是HNC-21/22车床系统,再次按下F5“网络”键,进入如图1菜单,如果是HNC-21/22铣床系统,按下F4“网络”键。

(5)如果是第一次联网,需要设置服务器IP,按F2,输入服务器IP,按下ENTER键确定。

(6)在网络菜单下,按F1启动网络,系统会提示是否退出系统,此时按Enter键,则下位机进入网络通讯程序,并自动和上位机建立起网络连接。

说明:网络数据传输功能非常强大,不仅具有DNC传输的全部功能,而且传输速度更快,速度可以达到70至80kb/s,支持用拖拽的方式在上位机和下位机间传递文件。网络连接网线建议采用5类屏蔽线,一定要使用交叉线,一端采用568B标准,另一端采用568A标准,否则将不能正常通讯。

2.4 在外部PC上使用读卡器进行系统备份和恢复

在外部PC上使用CF读卡器,使用windows操作系统,可以非常方便地进行备份和恢复。强烈建议在完全备份时使用GHOST软件进行全盘镜像备份:(1)可以保障备份的完整性;(2)当遇到数控系统不能启动时,进行镜像恢复,非常便捷。

3 数控系统的备份和恢复四种方法总结

方法一:通过软盘驱动器进行系统备份和恢复,需要对DOS操作命令和数控系统文件目录结构非常熟悉,而且软盘容量有限,少数情况下,如数控系统存储器使用电子盘,不支持CF卡,且DNC功能不能使用时可以采用此方法,一般不建议使用。

方法二:通过DNC进行系统备份和恢复,非常方便快捷易用,且此功能完全免费,强烈建议使用,缺点是传输速率较低,电缆长度不能超过15米,且不能进行完全备份,当数控机床操作系统软件故障时不能使用。

方法三:通过网络进行系统备份和恢复,非常快捷高效,建议使用,缺点是此功能属于可选件,需要付费注册后才可以使用。

方法四:使用读卡器进行系统备份和恢复,非常方便快捷易用、高效,且可以进行完全备份和恢复。不足之处是CF卡拆卸过程中存在不安全因素,操作不当会导致主板CF针脚受损,少数出厂时间较早的数控系统不支持CF卡,不建议经常使用。当数控机床操作系统不能启动时,作为应急措施,非常有效。

4 结束语

综上,设备管理人员应该及时对数控机床系统进行备份,包括部分备份和完全备份,对每个机床建立一份完整可靠的备份数据库。在需要进行恢复时,根据现场具体情况,灵活运用以上几种方法来进行回装,进而排除故障,可以大幅缩短停机时间。

参考文献

[1]崔兆华.数控机床电气控制与维修[M].济南:山东科学技术出版社,2009.

[2]金强敏.数控机床电气化控制系统的故障诊断与维护[J].中国新技术新产品,2013.

[3]郭丽娜.分析数控机床电气控制系统的故障诊断与维护[J].电子技术与软件工程,2014.

开放式数控系统的现状与发展 篇2

美国的NGC计划：

美国是开放式数控系统的发起人，于1987年提出了NGC计划。

NGC计划的体系结构通过虚拟机械把系统和模块链接到计算机平台上，通过不同的设计人员开发同时可相互交换和相互操作的控制器部件。NGC计划基于模型的处理包括了装置的全独立编程，多个装置间的协调，自适应路径策略和大范围的工作站等过程，该体系结构保证了各种应用系统与操作平台的无关性及相互间的互操作业，保证了开放性。

2.2 国内的研究情况

开放数控系统 篇3

【关键词】数控流水线技术；开放式；数控系统；数控微代码

0.前言

开放式数控系统一般是基于计算机操作系统相关软硬件平台，利用自动化技术实现。目前，依靠完善的计算机操作系统及其相关软硬件平台，使人机交互、网络通信、存储管理等一系列功能得到了很好的应用，但却无法实现开放式数控系统较强的实时功能目标，主要由于计算机操作系统的整体运算性能无法达到该标准，使开放式数控系统的应用存在一定的问题。虽然利用高性能的CPU处理芯片可以满足数控系统较强的实时功能目标，但是成本的投入与产出效益比值明显不合理，推广应用的可行性不高。因此，利用数控流水线技术，以较小的成本投入获得开放式数控系统较大的产出，对开放式数控系统的发展有着重要意义。

1.数控流水线技术

1.1数控系统的功能

数控系统根据功能的强弱，可以分为强实时类功能，包含了5个模块，将其由高到低排列为指令译码、速度规划、插补、专用I/O控制、电机控制；弱实时类功能包括了6个模块，即通用I/O模块、状态显示、轨迹仿真、程序编辑、参数管理、键盘输入。

强实时类功能属于数控系统的核心部分，直接关系到数控机床的加工过程，需要较强的实时性，如果出现了任何的延迟就会导致加工出错，影响产品的质量。弱实时功能基本不要求数控系统较强的实时性，目前的计算机操作系统均可满足，主要涉及人机交互、通用I/O控制以及存储管理等领域，即便执行存在一定的延迟，也不会影响数控机床的加工过程。

1.2数控流水线的结构

数控流水线一般分为三个环节，即数控主控流水线线程、数控微代码执行单元、控制驱动层。

1.2.1数据主控流水线线程

数据主控流水线线程是计算机数字控制（Computer Numerical Control）软件上的独立线程，需要在数控操作系统内的计算机操作系统上运行。数据主控流水线线程将指令译码与插补功能进行结合，形成一个独立的线程，利用计算机平台高速、准确的运算性能，避免了任务的经常性切换影响系统整体运行效率，使数控系统工作性能得到显著的提升。

1.2.2数控微代码实时执行单元

数控微代码（NC Micro-Code，NCM）是数控微代码实时执行单元（NC Micro-Code Processor，NCMP）的基本单位，主要工作方向在于代码的执行、强实时信号输入的本地处理以及电气信号接口。谁然数控微代码实时执行单元在数控流水线中的计算极为简便，但是其调用频率极高，系统的实时性也非常强，对数控流水线技术应用于开放式数控系统有着重要的影响。

1.2.3控制驱动层

控制驱动层中仅仅使用一组模块即程序驱动模块，程序驱动模块属于数控系统的核心，相应的权限也非常高，可以直接访问计算机操作系统硬件平台。控制驱动层的功能主要是降低系统间移植的工作负荷，仅仅提供数控微代码缓冲区的定位等功能以及数控微代码执行单元与上位机的通信功能。

1.3基于数控流水线的开放式数控系统结构

基于数控流水线的开放式数控系统属于单操作系统单进程的工作模式，包括了数控流水线线程以及管理线程。管理线程的作用是监控并管理整个加工的过程，保证加工过程的质量，同时还会配置流水线线程与驱动程序模块的数据达到控制的目的，然后会将流水线实时的信息反馈给计算机操作系统，接着由操作人员通过输入指令达到控制整个数控系统运行的效果。当数据主控流水线线程完成整个加工流程之后，会生成相应的状态信息反馈给计算机操作系统，转换为直观的数据信息由操作人员处理。

2.基于数控流水线的单元技术

数控流水线技术下的开放式数控系统的主要优势就是跳出原有的计算机操作系统软硬件平台，下面就着重探讨数控流水线的单元技术——跨平台开放特征的体现。

2.1数控规范指令接口与数控微代码接口

2.1.1数控规范指令接口

数控规范指令接口主要工作对象为指令译码模块，其功能在于提供标准的程序接口便于操作人员编程操作。数据规范指令接口具备较强的通用性以及简洁性，与规范加工函数相比，更为测重于描述数控流水线的加工动作，删减了不必要的计量单位、偏置等环节。

2.1.2数控微代码接口

数控微代码接口能够加强对机床的实时控制，格式较为简单紧凑。数控微代码可以得到基本执行动作的结果，却没有规范的实施策略，便于不同的用户根据自身需求制定不同的执行策略。

2.2操作系统支持多线程编程

一般来说，数据主控流水线线程需要尽量避免与操作系统有较多的关联，才能便于数据主控流水线线程能够在不同的操作系统间移植，对于数据主控流水线线程的推广有着重要意义。针对这一问题，数据主控流水线线程一般都采用普通接口，扩大了系统的开放程度，使系统能够支持不同的嵌入式操作系统。就目前情况来看，UNIX、LUNUX已经完全接受数据主控流水线线程，WINDOWS操作系统可以采用开源软件OPEN SOURCE POSIX THREADS FOR WIN 32接受。

3.结束语

数控流水线技术包括了数据主控流水线线程、数控微代码实时执行单元以及驱动程序，数控流水线技术实现了开放的微代码借口与数控指令的规范化，使数控模块能够相互的替换，也能够针对不同的需求重新构建数控流水线，对开放式数控系统的推广应用有着积极的促进作用。 [科]

【参考文献】

[1]董靖川，王太勇，徐跃.基于数控流水线技术的开放式数控系统[J].计算机集成制造系统，2009（06）.

[2]吴晓英.基于数控流水线技术的开放式数控系统构建[J].产业与科技论坛，2011（05）.

[3]李英，陈传凯，苏贞志.基于Lab VIEW与PLC的开放式数控系统串口无线通讯的研究[J].组合机床与自动化机工技术，2012（07）.

开放数控系统 篇4

Lab VIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) 是美国国家仪器公司 (National Instruments) 开发的一款图形化编程软件, 由于具有模块化、图形化的特点, 所以编程非常方便, 可读性高, 只需根据程序流程即可理解程序中的循环、嵌套、分支等逻辑关系, 另外其提供的界面开发工具相比传统界面开发软件具有更加美观, 含有多种控件可供选择等优点。

硬件结构

由于使用了Lab VIEW和开放式的运动控制卡, 使整个数控系统具有了可移植、可调整参数、可适应多种加工条件等特点。图1给出了开放式数控系统的结构图, 该系统采用三层结构:最高层为PC机, 作为人机交互及程序终端;中层为运动控制卡, 负责上位机与底层执行机构的连接通信;底层是由伺服驱动器、伺服电机、变频器、主轴电机、滚珠丝杠等组成的执行机构。

在本系统中, 其主要的控制方式如下:操作人员在PC机上通Lab VIEW设计的人机界面直接输入G指令;在后台程序中, 通过一系列的算法, 每一条G指令被逐条读取并被解析成包含绝对坐标、相对坐标、速度或半径的多条Galil指令;完成解析后, 每条G指令所对应的解析出的Galil指令将过由被依次发送至运动控制卡。

运用Lab VIEW实现PC与运动控制卡的通信

在PC与运动控制卡的通信方面, Lab VIEW提供专门用于运动控制的Active X Automation Open模块, 该模块使Lab VIEW能够直接控制运动控制卡对执行机构发送速度、位置、加速度等信息。在开发界面上将该模块与运动控制卡自带的驱动程序进行连接即可实现上位机与运动控制卡的通信。

要实现通信, 首先在程序框图界面上右击, 在互连接口选项中选择Active X, 在子菜单中选中Active X Automation Open模块并将其拖放到界面中, 右击该模块, 在弹出菜单中选择Select Active X Class/Browse..., 在其中选定所用运动控制卡的型号, 完成对运动控制卡驱动的调用;右击Active X Automation Open模块, 选中Active X Palette/Property Node, 拖动至界面中 (属性节点1) , 将Active X Automation Open模块的Automation refnum terminal和Property Node的Reference terminal连接;左击Property Node下方的Property element选择address;右击address, 选择All transfer to write;右击address, 选择String Palette/String Constant拖动到界面, 在String Constant中输入运动控制卡IP地址;将String Constant的terminal与address的terminal连接;右击Active X Automation Open模块, 选中Active X Palette/Invoke Node拖动到界面 (属性节点2) , 将Property Node的Reference output terminal与Invoke Node的Reference terminal连接;左击Invoke Node下方的Method element然后选择connection;最后用同样的方法新建一个Invoke Node (调用节点) , 并将Method element改为command。

完成以上步骤后, 就实现了PC与运动控制卡的通信, 运动指令可通过最后一个Invoke Node (调用节点) 下方的command输入端发送到运动控制卡 (图2) 。

程序的设计

本文设计的前面板 (图3) 人机界面程序能够完成G指令的输入执行, 显示解析出的底层指令, 并对当前系统的底层指令执行情况、三轴实时速度进行监控。

整个Lab VIEW框图程序的结构采用顺序结构 (Sequence structure) , 每一顺序框都对应某项固定的任务。图4中的三个顺序框是解析程序的主体部分, 从左到右其任务分别是将G指令存入数组、对每个数组中的G指令进行逐条提取关键字符和参数、将提取出的参数按符合运动控制卡命令的形式拼凑组合, 最右一个框中采用While循环模式自动对每个数组进行处理。

每一条G指令进入程序后, String Subset函数和Search/Split String函数提取出G指令中的数字字符, 字符决定了运动方式、坐标、速度等信息, 根据运动方式的不同, 坐标、速度等信息流进入指定的Case Structure, 在Case Structure的程序中, Concatenate String函数完成符合底层识别规则的多条底层指令字符串的合理分配、组合, 完成组合后, 字符串由分支程序输出。

图5所示是整个程序的最后一个部分, For循环框中嵌入一个Invoke Node (调用节点) 和While循环。完成组合的字符串即是最终的底层指令, Invoke Node的作用是接受前面框图解析出的所有命令, 直接驱动执行机构。由于Galil运动控制卡无法识别在小于50ms的时间内连续输入的两条底层指令, 所以在运动控制卡读取每条底层指令后, 使用While循环对程序的执行进行短时间暂停来保证顺利运行。

结语与展望

开放式数控铣床的底层控制器是通用运动控制器, 而上层控制平台为PC, 一般来讲对于运动控制卡的二次开发我们常用VC++、VB、C#等编译软件编写, 而编写界面就占用了程序编写的大量的时间, 所以效率很低。本文利用Lab VIEW编程软件在PC上开发了G代码解释器, 用于识别G代码, 并将G代码解释成底层运动控制器指令, 控制三轴按照特定的加工轨迹进行直线、圆弧插补等运动。这种方法不仅可以避免繁琐的编程过程, 缩短周期, 降低成本, 而且利用Lab VIEW调动动态链接库的功能使编程图形化更加容易读懂。由于时间和能力有限, 本文只是完成对开放式数控系统G代码解释器的开发, 对于开放式数控人机界面的仿真模块还没有实现, 有待今后进一步研究, 以使整个界面编辑软件更加完善。

浅析基于PC的开放式数控系统论文 篇5

基于PC的开放式数控系统大致可分为以下几种类型：

(1)PC嵌入型CNC：该类型系统是将PC装人到CNC内部，PC与CNC之间用专用的总线连接。系统数据传输快，响应迅速，同时，原型CNC系统也可不加修改就得以利用:缺点是不能直接利用通用PC，开放性受到限制，通用PC强大的功能和丰富的软硬件资源不能得到有效的利用。

(2)NC嵌人型PC(NC嵌人PC型)：该类型系统是在通用PC的扩展槽中插入专用的CNC卡(如运动控制卡)组成的。它能够充分地保证系统性能软件的通用性强，并且编程处理灵活，但是，原型CNC资源很难得到利用。

开放数控系统 篇6

这种插件目前还没有投入市场，将首先在马塞诸塞州上市，该州本来计划今年一月份在州内就使用标准的ODF文件格式。OpenDocument Foundation公司联合创始人之一和总裁Gary Edwards说，该州一直在寻找一种插件，以便顺利从微软办公软件的专利文件格式过渡到开放标准替代格式。马塞诸塞州一直是微软和ODF支持者之间斗争之地。在此之前，微软一直希望通过说服ECMA——欧洲标准组织，来说服该州仍然使用该公司的软件，批准使用Office 2007。

Office系统是微软公司的拳头产品之一，每年从中收入达上百亿美元。ODF格式威胁微软公司在Office生产应用领域的主导权，提供了一种不同的文件格式，由Open Office等竞争对手所支持。

政府和企业发现这些标准文件格式很有吸引力，因为它们很容易在不同类计算环境中的数据库、内容管理系统和其他应用程序之间转化。本月，OpenDocument公司获得了国际标准组织的标准，在标准领域取得了很大进步。

开放数控系统 篇7

开放式数控系统因为其开放性,用户很容易对系统进行二次开发和升级,也可以根据用户的实际需要,选择不同的模块对系统进行重构以满足用户的需求。相对于传统的数控系统,开放式数控系统的资源可重构、可共享,新系统开发可节省大量时间和人力,开发周期短。自20世纪90年代以来,开放式数控系统一直是数控系统发展的一个重要方向[1]。本文提出的一种基于PC的分布式新型数控系统,将组态技术应用到系统的开发中,很好地解决了系统的重构性。

2 系统的结构模型

系统的整体结构如图1所示。在物理层面上,可以把系统分为两级,上级是PC机,可以把它看作上位机,用来处理文件管理、状态显示等弱实时性任务;下一级相当于NC部分,采用分布式结构,各个节点之间采用PROFIBUS-DP现场总线通信。NC部分采用双CPU,其中精插补、速度控制、位置控制等数字控制部分采用一个CPU控制,这里简称为数字控制单元;PLC程序、设备驱动程序等设备控制部分由另一个CPU实现,这里简称为设备控制单元。PC与NC之间通过PCI总线连接通信。该系统将仿真模块、文件管理、参数设置等非实时任务以及译码程序、刀补程序、粗插补程序等弱实时任务置于PC中,充分利用PC的文件管理和数据处理能力;强实时任务由NC部分实现,且数字控制部分和设备控制部分由不同的CPU承担,能够很好地解决数控系统的实时性。

NC部分采用分布式结构,引入比较成熟的现场总线技术,把结构上或空间上分散的数控系统功能节点相互连接起来,使其按规定的格式交换信息,共同协调完成控制任务。这里以CP5613作为主站,负责NC部分任务的发起和调度,系统各种数据和功能的配置;数字控制单元、设备控制单元、数字伺服单元、传感器单元等作为从站。PROFIBUS-DP负责主模块与各从模块之间,以及从模块之间的相互通信,完成主模块对各从模块的有效实时控制和响应,以及各模块之间的相互协调工作[2]。

3 组态原理

数控系统的组态技术是指根据数控系统的配置要求,选择合适的数控组件及设备驱动程序,分析数控系统装配的可行性,将数控组件和外部设备配置成一个可执行的数控系统。系统组态功能的适用性、应用的方便程度、用户界面的友好程度、功能的齐全程度等,是组态技术成功应用的重要因素。数控组态功能是离线进行的,即在数控系统的设计阶段或重构阶段完成系统的组态和配置。

基于组态技术的数控系统结构如图2所示。根据数控系统的要求,组态软件在数控组件库和设备库中选择必要的数控组件和设备,这些数控组件和设备还可以根据用户需要进行人工增减。数控组件和设备选定后,组态软件推理分析,进行硬件组态和软件组态,生成满足要求的虚拟数控系统。虚拟数控系统经确认满足需求后,进行实际硬件设备的装配,成为一个可实际生产的数控系统[3]。

4 数控系统的组态

4.1 数控组件的设计

数控组件是指将插补、位置控制、速度控制等数控功能单元组件化,将该功能单元的实现细节封装在模块内部,并提供一组外部接口。数控组件具有封装性和信息隐藏性,它的功能由它的接口定义,它通过接口与外部进行信息交换。如图3所示,每一个数控组件都有4组接口:第1组接口用于设置组件的缺省参数值,这些参数值是在系统运行时由其它对应组件生成,并且在不断实时更新;第2组接口用于设置启动时的工作参数初值,这组参数在工作任务启动时设定,在工作过程中不再更新;第3组接口用于输出本组件对外输出的信息;第4组接口为调用接口,用于系统的配置和调用[4,5]。

每一个数控组件都是一个独立的功能模块,组件的功能强弱与组件的粒度大小直接相关,粒度大则能实现较复杂的功能,反之则只能实现单一的功能;数控组件的粒度大小必须合适,粒度太大,则系统的开放性差,系统难于重构;粒度太小,则系统复杂程度高,组件的集成和调度比较困难。

4.2 设备的参数化表示

为了便于设备的硬件组态,生成虚拟的数控系统,对数控系统的硬件设备进行参数化表示。数控系统的硬件设备可用如下集合表示:

硬件设备={{床身},{支撑连接设备},{动力设备},{刀具设备},{检测设备},{其它设备}}。

每一种设备的参数化描述为:

设备特征=(N,G,W,J,T)。

其中:N为设备编号,根据各类设备在数控系统中的不同作用进行分类编号;

G为功能描述,对设备的功能分类进行描述;

W为外形特征,包括设备的空间尺寸和外部形状;

J为设备的结合面特征,包括接合面的形状、尺寸、特性、粗糙度;

T为设备的运动特征,描述设备在空间的运动情况,采用齐次座标来描述设备的运动学特征。任一设备所要完成的机械运动可分解为一系列的平移运动和回转运动,每一个简单运动都可以用齐次矩阵Ti(i=1,2,···n)表示,则设备所要完成的机械运动可用矩阵T=T1T2···Tn来表示。

4.3 数控系统的组态

本系统采用分布式结构,数控系统的各个功能节点通过现场总线连接起来,当要重构数控系统时,根据用户的要求对数控系统进行硬件组态和软件组态,生成符合要求的虚拟数控系统,然后将外部实际的硬件设备通过接口挂到现场总线上,完成系统配置。系统的组态过程如图4所示。

(1)系统首先由设备推理机根据所选设备完成硬件的组态。在硬件组态过程中,根据用户的要求,由设备推理机自动选择外部设备,用户在其基础上根据需要对这些外部设备进行增减,经确认,即可完成硬件组态。

(2)集成软件将插补器、位置控制器、速度控制器等核心数控组件自动装配成一个基本的数控系统,用来完成数控系统的实时任务,把它称为数控系统的核心态。然后根据用户的选择配置其它组件。这一过程完成系统的软件组态。

(3)系统推理机根据组态的结果,运用系统知识判断所生成数控系统是否满足要求,若满足要求,则下载相应的设备驱动程序,生成一个虚拟的数控系统。所谓虚拟的数控系统,是指通过集成软件将多个数控组件和虚拟设备连接起来,它们遵从统一的通信机制,通过现场总线进行通信。当然,这些数控组件和虚拟设备必须与实际硬件联系在一起,通过硬件才能工作。在配置过程中,数控组件、虚拟设备、实际设备的配置独立进行,相互之间并无干涉,但虚拟设备与实际设备之间是一一对应的关系,而数控组件与硬件之间并非一一对应,数控组件就象是硬件的“插件”,可以随意添加和删减;同一个数控组件可以配置在不同的硬件上,同一个硬件也可以配置不同的数控组件。

(4)数控系统运行时,调度程序和通信程序通过调用接口调用数控组件,并实现各个组件之间的同步和协调,监控各个任务的状态。

(5)设备推理机,应用设备知识生成虚拟的数控硬件系统。由结构数据库生成设备的结构和接合面信息,由设备推理机完成虚拟设备的空间布局和装配;由运动数据库生成设备运动部件的运动矩阵,进行设备的运动规划,判断是否存在空间干涉;由监控数据库生成控制需求表,进行系统的监控设置。

(6)系统推理机,根据以上组态设置的选择,系统推理机应用系统知识,判断所构造的虚拟制造系统是否满足设计目标,不满足要求则返回设备推理机,重复前面的工作,直到满足设计要求。

5 结论

随着数控系统复杂程度的提高,其开发难度越来越大。本文提出的基于PC的分布式数控系统,引入了组态技术,将数控系统的各个子功能组件化,采用硬件组态和软件组态的技术开发数控系统,能够有效地缩短系统开发周期,降低系统开发难度,使系统具有良好的重构性。

参考文献

[1]郑飞,王时龙,简毅.可重构分布式数控系统的设计与实现[J].计算机集成制造系统,2008(4):637-643.

[2]谢经明,周祖德,陈幼平,陈冰.基于现场总线的开放式数控系统体系结构研究[J].华中科技大学学报,2002(4):1-4.

[3]钱玲,张友良,那正平.基于Web的虚拟制造系统的结构建模组态技术[J].中国机械工程,2002(11):1848-1852.

[4]陈友东,陈五一,王田苗.基于组件的开放结构数控系统[J].机械工程学报,2006(6):188-198.

开放式数控系统的现状与发展趋势 篇8

1.1 开放式数控系统的概念

IEEE (美国电气电子工程师协会) 关于开放式系统的定义是:开放式数控系统是指, 可以与其他系统互操作, 在多种平台上运行, 为客户提供统一交互方式的数控系统。开放式数控系统nc控制器与当今的pc机类似, 在开放的平台之上, 将组织结构模块化, 它允许客户以自己的需求对数控系统通过更改或扩展系统功能, 进行选配和集成, 组成系统的各功能模块可以来源于不同的部件供应商并相互兼容满足其各种需求。

开放式数控系统能使得各种应用系统可以有效地运行于不同供应商提供的不同平台之上, 可以与其它应用系统相互操作, 并具有风格一致的用户交互界面。

1.2 开放式数控系统的基本特征

1) 模块化

开放式数控系统的模块化特征包括数控功能模块化和系统体系结构模块化两个方面。数控功能模块化是指, 用户可以根据自己的要求选择安装自己所需要的数控功能;系统体系结构模块化是指, 在开放式数控系统中, 其各个功能的算法是可分离的、可替换的, 是开放的系统结构。

2) 标准化

开放式数控装置必须是在一定的标准约束下进行, 公司在开发各种系统部件以及功能模块时, 应满足标准需求。通过标准生产个模块, 再进行组装成工程完整的控制器。开放式数控系统的标准化是在模块化的前提下完成的。

3) 可移植性

开放式数控系统各应用程序模块可以在不同生产商提供的系统平台上进行运行, 其系统软件也可以在具有不同特性的硬件平台上运行, 所以说, 开放式数控系统的功能性软件与设备并没有多大关系, 通过统一的应用数据格式, 用一致的设备接口进行连接, 其各功能模块就可以在不同的平台运行, 具有可移植性。

4) 网络化

开放式数控系统的网络化是指, 以通讯和资源共享为手段, 通过标准网络设备进行联网, 而不需要其他的接口部件或者上位机。

2 开放式数控系统的研究现状

2.1 国外的研究现状

美国的NGC计划:

美国是开放式数控系统的发起人, 于1987年提出了NGC计划。

NGC计划的体系结构通过虚拟机械把系统和模块链接到计算机平台上, 通过不同的设计人员开发同时可相互交换和相互操作的控制器部件。NGC计划基于模型的处理包括了装置的全独立编程, 多个装置间的协调, 自适应路径策略和大范围的工作站等过程, 该体系结构保证了各种应用系统与操作平台的无关性及相互间的互操作业, 保证了开放性。

2.2 国内的研究情况

我国开放式数控系统与国外研究现状相比, 还处于起步阶段。当前, 我国中、高档产品主要还是通过进口国外产品进行补充, 国内开放式数控系统较低档经济性产品占据主导地位, 例如:北京的中华系列, 沈阳的蓝天系列和武汉的华中系列, 其中华中世纪之星可实现五轴联动, 是国内比较先进的数控系统。

3 开放式数控系统的应用案例

3.1 AECOM微型阵列打印机

AECOM的微型阵列打印机, 是指用来在显微镜载片上存放高密度网格排列的c DNA、染色体组DNA或其它类似的生物物质的专用仪器, 主要由一台计算机控制的高精、高速三轴开放式数控系统和一个独特的笔尖组件组成。

3.2 生物芯片扫描设备

生物芯片扫描设备, 在医疗血液扫描采样过程中进行使用。通过快速扫描医院中病人的血液标本, 得到关于血液的各项数据指标, 以用于疾病诊断和处置方法的确定。

4 开放式数控系统的发展未来

开放式数控系统自诞生以来就得到业界的广泛关注和好评, 勿庸置疑, 它是未来数控技术发展的主要方向。计算机技术, 特别是软件技术的快速发展为开放式数控系统技术的发展提供了强大的技术支持。未来的开放式数控系统应具有如下的特点:

1) 易操作性

传统的数控系统专业化程度高, 对员工的素质要求严格, 开放式数控系统朝向易操作方向发展, 大大降低人的智力劳动。

2) 低成本性

软件化数控系统内核扩展了数控系统的柔性和开放性, 降低了系统成本。目前大多宣称为开放式的数控系统属于这一类, 如功能非常强大的MAZAK的Mazatrol Fusion 640, 美国A2100, Advantage 600, 华中HNC-2000数控系统等。

3) 总线连接性

数控系统与驱动和数字I/O (PLC的I/O) 连接的发展方向是现场总线。

传统数控系统驱动和PLC I/O与控制器是直接相连的, 若采用总线连接, 通过一根通讯线或光缆将全部的驱动与数控I O进行连接, 传递系统信号, 从而实现控制智能化。总线连接具有高度可靠性以及扩展性。同时在日常维护过程中, 简洁方便。总线连接方式在开放式数控系统发展过程中, 具有良好发展前景。

4) 源代码开放性

Windows NT+RTX组合的应用较成功的有美国的Open CNC和德国的PA公司 (自己开发的实时内核) , 这两家公司均有产品推出, 另外SIMENS公司的SINUMERIK®840Di也是一种采用NT操作系统的单CPU的软件化数控系统。Linux和RTLinux是源代码开放的免费操作系统, 发展迅猛, 是我国力主发展的方向。

5 结论

开放式数控系统的概念从目前研究来看, 还没有统一明确的概念, 实现技术还处于百家争鸣的阶段。因此, 在以后的开放性数控系统研发过程中, 不仅要加强开放性的研究, 还要加强基础体系结构运行平台的建立, 同时改善现存的有关技术以及各操作系统的精确程度。

参考文献

[1]田小军, 王会良.开放式数控系统的现状分析[J].洛阳工业高等专科学校学报, 2003 (1) :12-34.

[2]曹遂军, 王会良.国内外开放式数控系统的研究与现状[J].机电工程技术, 2003 (5) :56-76.

[3]陈吉红.开放式网络化数控技术及其发展趋势[J].机械工人.冷加工.2002 (6) :89.

[4]胡俊, 王宇晗, 吴祖育, 蔡建国.数控技术的现状和发展趋势[J].机械工程师, 2000 (3) :123.

开放数控系统 篇9

普乐思采用普通微机和控制插板作为硬件, 是一开放式数控系统, 运行于Windows平台之上的, 实时、多任务、多线程, 具有多种语言的人机界面。系统的人机界面、输入/输出以及控制功能均是可用户化的, 很方便修改以适应特殊的要求和与其它设备相连接, 与基于Windows的其它软件可100%兼容并同时运行。

其孪生软件, 普乐思模拟器, 是与普乐思一同开发的脱机编程工具, 可用于操作者的培训、理论教学和机外编程与程序检验。

应用领域:目前已经用于车削、铣削、磨削、珩磨、焊接切割及电加工。

项目负责人简介:吕力, 1977年毕业于吉林工业大学机械系。1982年获吉林工业大学机械系硕士, 1990年获美国辛辛那堤大学机械与工业工程系博士 (PhD) , 1991年赴新加坡定居。

开放数控系统 篇10

计算机数控(CNC)技术是集微电子技术、计算机技术、信息处理技术、自动检测技术、自动控制等技术于一体的现代制造技术,它的产生和发展进一步地推动了机械制造业向自动化、柔性化、集成化方向发展[1]。随着科学技术、产品市场、生产结构等方面的快速变化,数控系统应具有更强的模块化特征和软硬件重构的能力,以满足不同的应用需求,即要求系统具有开放性,从根本上解决当今复杂多变的市场需求与现有数控系统专一固定的封闭式结构之间的矛盾[2]。

本文较系统地综述了国内外数控系统的研究现状并结合所研究的基于P M A C的慢走丝线切割机床的开放式数控系统实例,详细地分析了开放式数控系统的构建及其软硬件组成。

2 开放式数控系统概述

2.1 开放式数控系统的研究内涵

开放式数控系统是指能够在多种平台上运行,可以和其它系统互操作,并能给用户提供一种统一风格的交互方式。它具有模块化的组织结构,组成系统的各功能模块可以来源于不同的供应商并相互兼容,用户根据需要进行选配和集成,更改或扩展系统的功能以迅速适应不同的应用需求。

2.2 开放式数控系统的发展状况

研制和开发通用、开放型数控系统,一直是国际数控技术发展的最新潮流。1989年,由美国政府资助的NGC(Next Generation Controller)研究计划,作为开放性体系结构控制器的标准提案受到了广泛关注。之后,美国Ford、GM和Chrylser等公司在NGC计划的指引下,联合提出了OMAC(Open Modular Architecture Controller)开发计划。与NGC计划同步,日本一项面向2 1世纪制造产业的长期研究计划一智能制造系统(Intelligent Manufacturing System,IMS)也付诸实施。同时,它还启动了另一项开放系统计划-----O S E C(Open System Environment for Controller)计划。面对国际市场的形成和制造业的发展趋势,欧洲也不甘示弱,1991年10月,一项涉及欧洲各国的控制系统计划OSACA(Open System Architecture for Control within Automation System)开始启动,它是欧洲各国的合作计划,立足于提高机床和控制系统制造商在世界市场中的竞争力[3]。

同样,近年来国内开放式数控技术的发展也突飞猛进,现己成功开发出了具有自主版权的华中Ⅰ型、中华Ⅰ型、航天Ⅰ型和蓝天Ⅰ型四个数控系统。沈阳数控研究中心在中科院的支持下开发了自主版权的高档CNCLI-8520/8530数控系统。沈阳数字控制股份有限公司在引进美国微机式数控系统的基础上,经过消化吸收开发研制S-BPC数控系统。目前,国内有很多企业、高校、研究所等单位利用具有嵌入式和开放特性的伺服运动控制器(如美国Delta Tau公司的PMAC)进行开放式数控系统的研究、开发和应用。

2.3 开放式数控系统的主要结构形式

目前,国内外所开发的开放式数控系统主要有如下三种结构形式:

(1)专用CNC+PC型即在传统的非开放式的专用数控系统中嵌入P C主板,使得整个系统可以共享一些计算机软硬件资源。

(2)PC+运动控制器型这种基于开放式运动控制器的系统结构是以通用微机为平台,以标准插件形式的开放式运动控制器为控制核心。通用PC机实现数控程序编辑、人机界面管理、外部通讯等功能,运动控制器负责机床的运动控制和逻辑控制。

(3)纯PC型即全软件形式的PC机数控系统,目前这类系统正处于探索阶段,还未能形成产品,但它代表了数控系统的发展方向[4]。

就总体而言,基于P C和多轴运动控制器的开放式数控系统是当前最为理想的开放式数控系统,它直接将系统平台构筑于PC微机软硬件基础之上,充分利用微机现有的软硬件资源,使得系统开发简单、性能可靠。目前,市场上有很多公司在制造销售或代理销售多轴运动控制器系列产品及其配套的控制器、电机、编码器和检测设备。相比之下,以美国Delta Tau公司PMAC多轴运动器(Programmable Multi-Axes Controller)应用最为广泛。

3 实例应用---基于PMAC的慢走丝线切割机床的数控系统

3.1 PMAC多轴运动控制器的开放性

开放式数控系统的核心是具有开放性的运动控制器。PMAC就是美国Delta Tau System公司遵循开放式系统体系结构标准开发的开放式可编程多轴运动控制器。P M A C多轴运动控制器是世界上功能最强的运动控制器。它借助于Motorola公司的DSP-56系列数字信号处理器,可以同时操纵1--8个轴[5]。

PMAC具有开放性的特点,在硬件结构上,其开放性体现在:1)与不同的硬件平台匹配,可以分别在三种不同总线(PC-XT/AT,VME,STD32)上运行;2)与各种伺服系统匹配,它可以控制任何类型的电机,包括直流电机(有刷、无刷、直线)、交流电机、步进电机。3)与各种检测元件匹配,诸如增量编码器(执行/旋转)、绝对编码器、旋转变压器、直线电压位移传感器等。4)与PC机间有多种通讯方式,与PC机之间的数据交换可以直接进行,也可以通过双端口R A M(D P R A M)快速交换。在软件结构上的开放性则体现在:(1)人机界面的对外开放,它可以通过在VC++、VB、C++Builder等高级编程环境下调用动态链接库PCOMM32,实现Windows环境下的人机界面。(2)数控功能的对外开放:PMAC提供了一套基本功能指令集合,可在这些基本指令基础上定制出G代码、M代码等数控功能。(3)PLC功能的对外开放性:PMAC内包含了可编程逻辑控制器(PLC)功能;(4)控制系统定制的对外开放性:PMAC可通过各种方式如I变量和编码器转换表等来实现对整个控制系统的定制,使其方便的与实际机床进行匹配。

正是由于P M A C优秀的处理功能和优越的开放性能,使其刚推出之日起,就受到了国内各家厂商的重视,并在其上进行了研究和开发。基于这些原因,选择了P M A C作为C N C内嵌式的数控功能板,在其上开发了慢走丝线切割机床(Wire cut Electrical Discharge Machining with Low wire travelling Speed,简称L S W E D M)的数控系统。

3.2 系统控制要求

线切割又称为电火花线切割加工(Wire cut Electrical Discharge Machining,简称WEDM)。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝(称为电极丝)作电极,对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。

慢走丝线切割机床有5轴驱动,分别是X、Y、U、V、Z,其中X、Y两轴控制工作台面的运动,实现对工件的轮廓加工切割。U、V两轴控制上下导嘴的运动,实现对工件的轮廓锥度加工切割[6]。Z轴则根据工件的厚度调整上线架的高度,该轴只做上下运动,该机床结构和坐标定位见图1所示。要求X、Y、U、V实现2*2四轴联动,可以加工锥度、异形面等复杂曲面。

3.3 慢走丝线切割机床数控系统的硬件结构

根据设计要求,本数控系统的硬件总体设计方案如图2所示。系统采用“PC+PMAC运动控制卡”的上下位机结构形式,上位机采用工业控制机(IPC),下位机采用P M A C运动控制卡P M A C 2 A-P C 1 0 4,系统控制器PMAC与IPC的通信主要是通过RS232串口来实现的,RS232的一端接在PC机的RS232端口上,另一端接在控制器的JRS232端口。PC机负责完成数控系统的配置和人机交互功能,可充分利用P C机现有的软硬件资源,用户能够获得良好的人机交互环境,并可集成网络和多媒体功能。在本系统中,为了提高系统的可靠性,我们选用研华工业控制计算IPC-610(主频PIII866MHz,128Mbit内存,20G硬盘,32位数据总线,32Mbit显存,并带有网卡、光驱和软驱。主板上有9个ISA总线插槽,4个PCI总线插槽);PMAC作为从CPU部分,主要完成机床X,Y,U、V、Z轴的运动控制和控制面板开关量的控制。在基本通讯方式的基础上,主从CPU之间通过D P R A M实现快速数据交换,从而完成实时、可靠的通讯来协调整个数控系统,共同完成加工任务。PMAC的类型很多,PMAC2A-PC 104控制器是PMAC控制器家族里紧凑、简洁且性能价格比好的一种,本课题就选择PMAC2A-PC 104作为慢走丝线切割机床数控系统的控制器。

此外,为了实现P M A C的功能,需在P M A C板上扩展相应的I/O板,在本系统中采用的附件有ACC-1P和ACC-2P两个扩展板,其中ACC-1P是轴的扩展板,提供通用的输入输出接口,它主要通过3 4管脚的J M A C H 2端口与P M A C 2 A-P C 1 0 4通讯。附件A C C-2P是通讯接口板,负责PMAC2A-PC 104与外界的通讯,它主要通过5 0管脚的J M A C H 1端口与P M A C 2 A-PC 104通讯,另外构成完整的控制系统系统还需要伺服驱动单元、伺服电机、放大器、编码器等,该系统中P M A C与伺服单元的接线如图3所示。系统采用了松下伺服驱动及电机,电机为松下交流伺服电动机M S M A系列,该电机为小惯量的永磁同步伺服电动机。驱动器为MSDA023D1A。电机上还安装有11线的增量式旋转编码器,分辨率为2500脉冲/转,可以对电机转速进行高分辨率的检测反馈。这样最终形成一个完整的数控系统。

3.4 慢走丝线切割机床数控系统的软件结构

本系统借助于Windows友好的人机界面,在Windows2000操作系统平台下,以VC++6.0编译器为基本软件开发和调试工具,在由D e l t a T a u公司提供的Pcomm32通讯函数库及其驱动程序、Pewin32调试程序的支持下,完成控制系统软件的开发。

Pcomm32通讯函数库由200多个PMAC功能函数组成,为Windows环境下应用程序的开发提供基础,在Pmac.dll的支持下它能很好地工作在VC、VB等编译器和Windows操作系统平台下,实现应用程序与PMAC的通讯。Pewin32是由PMAC控制器供应商提供的一个软件包,主要用在系统开发初期完成一些调试和参数的基本设定工作。

软件开发的主要任务在于实现工控机、PMAC、伺服系统、机床电气两侧相互之间实时可靠的通讯,并加入用户自己的功能模块。按照该控制系统的要求,慢走丝线切割机床的数控系统软件包括三大模块如图4所示:实时控制模块、人机交互模块和PMAC与IPC间的通讯模块。下面就以软件开发中需要注意的部分进行分析。

3.4.1 PMAC的初始化

在启动C N C应用程序后,进入系统主界面前需要对P M A C进行初始化,使整个数控系统上电,然后以1000ms的时间间隔对DPRAM中的实时固定数据缓冲区和后台固定数据缓冲区进行刷新,检查是否有错误出现。所有这些工作完成之后,才允许进入主界面。本系统统的初始化流程图见图5。

3.4.2 PMAC的PLC程序的编写

运动程序的顺序特性使得它能很好的适应一系列的运动并相互协调其它坐标系的动作。然而,在执行那些不是用运动的顺序来直接协调的动作时,这些程序就不适合做坐标系的运动。对于这些类型的任务,P M A C提供给用户编写“P L C程序”的能力。P M A C内置的P L C是经智能I/O扩展接口板实现系统输入输出逻辑控制。P L C程序存放在P M A C的P L C程序缓冲区内,在编写一个P L C程序之前,必须先关上原来的缓冲区,然后打开新的缓冲区,清除该地址空间原来的内容,在程序结束后,必须关闭该缓冲区。对于本控制系统,PLC程序的基本框架如下所示:

CLOSE//关闭原来的缓冲区

DELETE GATHER//终止数据采集

OPEN PLCxx//打开新的缓冲区

C L E A R//清除该地址上原来的内容

//程序的控制代码

CLOSE//关闭缓冲区

3.4.3 人机交互界面的实现

慢走丝线切割机床控制系统软件结构中的人机交互模块,主要包括人机接口参数设置、运动参数选择模块、系统仿真、数控程序自动生成等。该功能模块可以为用户提供一个友好的系统操作界面,在此界面下系统的各功能模块以菜单的形式被调用,比如控制系统的运行模式转换等。设计中需要了解掌握动态链接库Pcomm32的基本功能及一些基本函数的用法、编制相应的界面程序去控制检测系统。其设计步骤为:首先确定所编制软件界面的功能,即设计一个虚拟面板功能,可以初始化通讯设置、检测外部输出点、手动指令的发送,模拟手输入功能等;然后确定所编制界面的基本外观并进行界面制作,即需要布置好窗体中各控件位置、大小、颜色,添加共用模块。在此基础上,编制程序实现功能,并对其编译连接、制作可执行程序,实现功能;本系统的主界面见图6,系统仿真界面见图7。

4 结束语

“PC+PMAC”的模式将PC机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制器P M A C的运动轨迹控制能力有机地结合在一起,具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好的特点。采用运动控制器的数控系统将成为新一代数控技术发展潮流,运动控制器将成为未来数控系统的核心。

参考文献

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[2]潘存强,王从鹤等.数控技术的新发展-开放式数控系统[J].宝钢技术,2002(4):1-4

[3]张冰蔚,黄彬,王佳.基于PMAC的活塞车床开放式数控系统[J].机电一体化.2006,12(1):42-47

[4]孙志永,赵砚江.数控与电控技术[M].北京:机械工业出版社,2002.

[5]Delta Tau Data System,Inc.,PMAC User抯Manual,March,1998.