第四章 计算机数字控制装置

显示CPU 显示 CTRC CRT
插补CPU 插补
XYZ CW
美国GE 公司的MTC1-CNC共享存储器结构CNC系统硬件结构 美国GE 公司的MTC1-CNC共享存储器结构CNC系统硬件结构 MTC1 共享存储器结构CNC
计算机数字控制装置的硬件结构 4.2 计算机数字控制装置的硬件结构
4.2.3 开放式数控系统
I/O单元 I/O单元 FANUC 15系统硬件结构 15系统硬件结构
计算机数字控制装置的硬件结构 4.2 计算机数字控制装置的硬件结构
结构特征： 结构特征： 功能模块分为带有CPU的主模块和从模块(RAM/ROM， 功能模块分为带有CPU的主模块和从模块(RAM/ROM， CPU的主模块和从模块(RAM/ROM I/O模块等 模块等) I/O模块等)； 以系统总线为中心，所有的主、 以系统总线为中心，所有的主、从模块都插在严格定 义的标准系统总线上； 义的标准系统总线上； 采用总线仲裁机构(电路) 采用总线仲裁机构(电路)来裁定多个模块同时请求使 用系统总线的竞争问题。 用系统总线的竞争问题。 优点：结构简单、系统组配灵活、成本较低、 可靠性高。 优点：结构简单、系统组配灵活、成本较低、 可靠性高。 缺点：总线是系统的“瓶颈” 缺点：总线是系统的“瓶颈”，一旦系统总线出现故障 将 使整个系统受到影响由于使用总线要经仲裁， 使整个系统受到影响由于使用总线要经仲裁，使信息传 输率降低。 输率降低。
G42 R Y
Pe’
G41
Pe（200，300 ， ）
Pe”
P0（72，48） ， ）
X
4.3 计算机数字控制装置的软件结构 计算机数字控制装置的软件结构 速度处理： 2、速度处理：
根据加工程序给定的进给速度， 根据加工程序给定的进给速度，计算在每个 插补周期内的插补进给量，供插补程序使用。 插补周期内的插补进给量，供插补程序使用。 ΔL=FT/60 mm） 60（ ΔL=FT/60（mm） 式中， 进给速度值（mm/min） 式中，F — 进给速度值（mm/min）； 数控系统的插补周期（ms） T — 数控系统的插补周期（ms）
刀 补 处 理 速 度 预 处 理 插 补 处 理 位 控 处 理
位置反馈 伺 服 驱 动
缓冲区
PLC控制 PLC控制
译码缓冲区（内存） 译码缓冲区（内存）
刀补缓冲区
插补缓冲区
运行缓冲区
4.3 计算机数字控制装置的软件结构 计算机数字控制装置的软件结构
译码 读入程序,识别功能码和数字码, 读入程序,识别功能码和数字码,再将具体的 地址符号译出,然后根据地址码所代表的功能, 地址符号译出,然后根据地址码所代表的功能, 将后续数字码送到相应译码结果缓冲器单元。 将后续数字码送到相应译码结果缓冲器单元。 简单的说就是将编码从一种格式转换到另一种 格式的过程。 格式的过程。
计算机数字控制装置的 4.2 计算机数字控制装置的硬件结构
1）特点： ）特点： 能实现真正意义上的并行处理，处理速度快， 能实现真正意义上的并行处理，处理速度快，可以 实现较复杂的系统功能。 实现较复杂的系统功能。 容错能力强，在某模块出了故障后， 容错能力强，在某模块出了故障后，通过系统重组仍 可以继续工作。 可以继续工作。 2）结构形式： 结构形式： 共享总线结构型 共享总线结构型 共享存储器结构型 共享存储器结构型 共享总线结构： 3）共享总线结构：
4.3 计算机数字控制装置的软件结构 计算机数字控制装置的软件结构
位置控制
插补输出 +
-
指令位置 +
-
位控输出Δx 位控输出Δx3，Δy3
实际位置 X1新，Y1新 新 新 + +
Δx2，Δy2
+ X2新，Y2新 新 新 实际位置增量 Δx1，Δy1
X2旧，Y2旧 旧 旧
X1旧，Y1旧 旧 旧
4.3 计算机数字控制装置的软件结构 计算机数字控制装置的
CRT/MDI接口 CRT/MDI接口
ROM
RAM
计算机数字控制装置的硬件结构 4.2 计算机数字控制装置的硬件结构
4.2.2 多微处理器结构
CNC装置中有两个或两个以上的CPU， CNC装置中有两个或两个以上的CPU，即系统中的某些功能模块 装置中有两个或两个以上的CPU 自身也带有CPU，根据部件间的相互关系又可将其分为： 自身也带有CPU，根据部件间的相互关系又可将其分为： CPU • 主从结构：主CPU对系统资源有控制或使用权 主从结构： CPU对系统资源有控制或使用权 • 多主结构：有两个或两个以上带CPU的功能部件对系统资 多主结构：有两个或两个以上带CPU的功能部件对系统资 CPU 源有控制或使用权。 源有控制或使用权。 • 分布式结构：有两个或两个以上带CPU的功能模块，各模 分布式结构：有两个或两个以上带CPU的功能模块， CPU的功能模块 块有自己独立的运行环境，模块间采用松耦合， 松耦合 块有自己独立的运行环境，模块间采用松耦合，且采用 通讯方式交换信息。 通讯方式交换信息。
4.3 计算机数字控制装置的软件结构 计算机数字控制装置的软件结构
3、插补：根据线段的特征 直线、圆弧、椭圆等 及有 、插补：根据线段的特征(直线 圆弧、椭圆等)及有 直线、
限坐标点等，运用一定的算法， 限坐标点等，运用一定的算法，自动地在有限坐标点之 间生成一系列的坐标数据（数据密化）， ），即为刀具或工 间生成一系列的坐标数据（数据密化），即为刀具或工 件进给运动轨迹。 件进给运动轨迹。
计算机数字控制装置的硬件结构 4.2 计算机数字控制装置的硬件结构
4）共享存储器结构 采用多端口存储器来实现各微处理器间的连接与信息交换 来自机床的 控制信号 CNC管理模块 CNC管理模块 CPU） （CPU） 操作面板显示 模块 I/O控制模块 I/O控制模块 CPU） （CPU） 存储器 （ RAM ）
输出至机床 的控制信号 位置控制模块 CPU） （CPU） 主轴控制模块 CPU） （CPU）
计算机数字控制装置的硬件结构 4.2 计算机数字控制装置的硬件结构
RAM/EPROM EPROM 键盘 字符 发生器 RAM 512 中央CPU 中央 并行接口 模拟量输出 机床接口
… …
512 RAM
EPROM 串口和收发器 RS232C 反馈脉冲处理 反馈信号收发器
开放式数控系统是一种模块化的、可重构的、 开放式数控系统是一种模块化的、可重构的、可扩充 的通用数控系统，它以工业PC机作为CNC PC机作为CNC装置的支撑平 的通用数控系统，它以工业PC机作为CNC装置的支撑平 台，再由各专业数控厂商根据需要装入自己的控制卡和 数控软件构成相应的CNC装置。 CNC装置 数控软件构成相应的CNC装置。 三个层次的开放： 三个层次的开放： CNC系统的开放 CNC系统的开放 用户操作界面的开放 CNC内核的深层次开放 CNC内核的深层次开放
4.3.3 CNC系统的软件结构特点 系统的软件结构特点 1）子程序结构 ）
开始 系统初始化 机床复位 扫描功能开关选择 编辑？ N 运行？ N 手动？ N 回零？ N 通信？ N 显示开关 Y 通信程序 Y 回零程序 Y Y Y 编辑处理 运行程序 手动程序
经济型数控
4.3 计算机数字控制装置的软件结构 计算机数字控制装置的软件结构
4.3.1 CNC装置系统软件组成 装置系统软件组成
数控装置
管 输 I/O 处 理 显
理 诊 通 译 刀 具 补 偿
控 速 度 处 理
制 插 位 置 控 制
入
示
断
讯
码
补
4.3 计算机数字控制装置的软件结构 计算机数字控制装置的软件结构
4.3 计算机数字控制装置的软件结构 计算机数字控制装置的软件结构
4、位置控制 、
插补 位置控制 位置检测 速度控制 电动机
增益 螺距误差 反向间隙
位置控制部分包括位置控制单元和速度控制单元。 位置控制部分包括位置控制单元和速度控制单元。位置控制单元 接收经插补运算得到的每一个坐标轴在单位时间间隔内位移量， 接收经插补运算得到的每一个坐标轴在单位时间间隔内位移量，并 产生伺服电动机速度指令送往速度控制单元。 产生伺服电动机速度指令送往速度控制单元。速度控制单元将速度 指令与速度反馈信号相比较， 指令与速度反馈信号相比较，用差值去控制伺服电动机以确定速度 运转；位置控制单元根据接收到的实际位置反馈信号， 运转；位置控制单元根据接收到的实际位置反馈信号，来修正速度 指令，实现机床运动的正确控制。 指令，实现机床运动的正确控制。
CNC系统软件的工作过程 4.3.2 CNC系统软件的工作过程
管理软件Biblioteka 显示、诊断、 处理 显示、诊断、I/O处理
输入
译码 刀补
数据处理 速度处理
插补
位置控制
控 制 软 件
辅助功能
数控程序 补偿数据
4.3 计算机数字控制装置的软件结构 计算机数字控制装置的软件结构
将文本格式转变 为数据格式
译
数据处理
CPU 总线
纸带 阅读机 MDI/ CRT 接口 位置 控制 其它 接口
计算机数字控制装置的硬件结构 4.2 计算机数字控制装置的硬件结构
4.2.1 单微处理器结构
整个CNC装置只有一个CPU， 整个CNC装置只有一个CPU，它集中控制和管理整个系 CNC装置只有一个CPU 统资源，通过分时处理的方式来实现各种NC功能。 NC功能 统资源，通过分时处理的方式来实现各种NC功能。 组成：计算机部分---CPU、总线、 ---CPU 组成：计算机部分---CPU、总线、存储器 位置控制部分---位置控制、 ---位置控制 位置控制部分---位置控制、速度控制 I/O接口与外围设备 I/O接口与外围设备 PLC
计算机数字控制装置的硬件结构 4.2 计算机数字控制装置的硬件结构