现代数控系统的软硬件及技术概述(ppt 65页)

主存储器
模块（CPU）
模块
对话式自动 编程模块（CPU）
控制面板 显示模块
系统总线
CNC插补 模块（CPU）
PLC功能 模块（CPU）
位置控制 模块（CPU）
共享总线结构
主轴控制 模块
从机床来的 控制信号
I/O （ CPU1）
输出至机床 的控制信号
共享存储器
CRT （ CPU2）
插补 （ CPU3）
3.1.2 数控系统的硬件结构 1、专用计算机组成的数控体系结构
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
输入
键盘
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 插补准备子过程 插补子过程 位置控制子过程
处理时间为 Dt1 处理时间为 Dt2 处理时间为 Dt3 处理时间为 Dt4
CNC系统任务
管理
控制
输 入
I/O
处
显 示
诊 断
理
译 码
刀 补
速 度 处
插 补
位 置 控
理
制
CNC的任务分解
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先相结合的方法来 解决。
初始化
显示
诊断
I/O处理
插补
中
断
优
先
位控
级
插补 准备
串行线 基本CNC系统
PC内藏型CNC，在CNC内部加装PC，PC与CNC之间用专用总 线连接。
接口
软盘驱动器
32位CPU
ISA总线
硬盘驱动器
PCMCIA卡
VGA
PMC
总线转换器
FANUC总线
MMC-IV
CNC
其它可选件
PC机键盘
显示器键盘
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。
轴控制 （ CPU4）
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 PC连接型CNC，是将现有CNC与PC用串行线直接相连而构成
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
EPROM RAM PLC
总线
MDI/CRT 接口
I/O接口
CRT 操作面板
机床
通信接口
位置控制
速度控制单元
M
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 总线式系统 分布式系统
主从式多微处理系统结构
主存储器
主CPU
I/O接口
主I/O
并行总线
I/O接口
从存储器 从CPU
从I/O
从存储器 从CPU
从I/O
总线式多微处理系统结构
局部存储器 局部I/O
局部存储器 局部I/O
局部存储器 局部I/O
局部总线 CPU1
局部总线 CPU2
源自文库
局部总线 CPU3
总线仲裁
总线仲裁
总线仲裁
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。
空间
顺
序
1234
处
理
1234
输出
Dt1
Dt4
空间
输出 时间
流
1234
输出
水
1234
输出
处
理
1234
输出
1234
输出
时间
Dt1
Dt4
3、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。
3.2.3 CNC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、机床监控等。
数控原理与数控系统
黄卫
东南大学 机械工程学院
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 数控系统硬件结构概述
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
系统总线
全局存储器
全局I/O
分布式多微处理系统结构
存储器 CPU1 I/O接口
存储器 CPU2 I/O接口
系统总线
系统总线
通信接口
通信接口
通信链路 （串行总线、局部总线等）
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
CNC管理
CNC卡
CNC系统软件
3.2 数控系统软件结构
3.2.1 CNC系统软硬件界面
零件
输入
程序
插补 准备
插补
位置 控制
速度 控制
1 硬件 2 硬件 3 硬件
软件
硬件
软件
硬件
软件
位置 检测
硬件
执行 机床 电机
3.2.2 CNC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。