龙门铣床数控系统改造

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数控系统的软件设计
该数控系统采用了前后台式结构, 相应地整个软
件分为前台程序和后台程序。前台程序的设计充分考 虑了软件的开放性, 这样就可以根据某些具体要求增 加软件的功能模块, 为了实现这样的功能, 要在调度程 序中留有一定的时间片供使用, PMAC 应用程序提供 了利用中断调用这些模块的功能。前台程序主要包括 插补模块、 伺服驱动模块、 PL C 监控模块、 数据采集及 数字化加工模块等, 也可以根据具体要求加入一些新 的控制模块。前台程序功能模块如图 2 所示。 后台程序主要实现人机对话、 数据处理和系统管
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数控系统的硬件结构
PMAC 介绍 可编程多轴控制器 PMAC 是美国 Delta T au 公司
的产品。PM AC 运动控制 器是一个拥有 高性能伺服 运动 的 控 制 器 , 它 借 助 于 Mot orola 的 DSP56001/ 56002 数字信号处理器 , 可以同时操纵 1~ 8 个轴。这 八根轴可以互相联动以便进行完全协调的运动 ; 每一 根轴也可以被放入它自己的坐标中, 从而得到八个完 全独立的运动; 或者它们中的其它组合形式。 PMAC 运动控制器能 够通过存储在 它自己内部 的程序进行单独的操作和运算, 而且可以自动对任务 进行 优先 等 级判 别, 从 而进 行 实时 的 多 任务 处 理。
础, 在工控机主板上的内扩展槽插上 PMAC 多轴运动 控制器和双端口存储器 ( DPRAM ) , 形成 该机床的控 制 中 心。 工 控 机 上 的 CPU 与 PMAC 的 CPU ( DSP 56001) 构成主 从式双微处理 器结构, 两 个 CPU 各自实现相应的功能 , 其中 PMAC 主要完成机床三轴 的运动控制、 控制面板开关量的控制和数字化采集的 控制, 工控机则主要实现系统的管理功能。为了实现 PMAC 多轴运动控制的功能 , 还需在 PMAC 板上扩展 相应的 I/ O 板、 伺服驱动单元、 伺 服电机、 编 码器等, 最终形成一个完整的控制系统。控制系统硬件由主频 为 233MH z 的工业控制机、 PMAC L it e 1. 5 运动控制 器、 I/ O 板、 双端口 RAM ( DPRAM ) 、 伺服单元及交流 伺服电机等组成。数控系统硬件框图如图 1 所示。 1) PMAC 运动控制器 与主机之间的 通讯采用了 两种 方 式。一 种 是 总 线 通 讯 方 式 , 另 一 种 是 利 用 DPRAM 进行数据通信, 主机与 PMAC 运动控制器主 要通过 PC 总线通讯, 至于控制卡和电机的状态、 电机 位置、 速度、 跟随误差等数据则通过 DP RAM 交换信 息。总线通讯方式 是指主机到指定的地 址上去寻找 PMAC 运动控制器, 其中指定的地址是由 PMAC 的跳 线确定。双端口 RAM 主要是用来与 PMAC 进行快速 的数据通讯和命令通讯。一方面, 双端口 RAM 在用 于向 PMAC 写数据时, 在实时状态下能够快速地将位 17
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龙门铣床数控系统改造
付兴政 董纯策 穆海波
116033 辽宁无线电二厂 ( 集团) , 辽宁 大连
摘要: 提出了一种以 PMAC 运动控制器为控制系统核心, 工业控制机为系统支撑单元的双 CPU 开放式 数控系统, 叙述了系统的功能 , 给出了硬件、 软件设计框图。 实践证明 , 该数控系统完全可行。 关键词: PMAC; 双 CPU; 数控系统; 龙门铣床 中图分类号 : T G659 文献标识码: B 文章编号: 1001- 2265( 2001) 01- 0017- 03 PMAC 具有的这种同时执行多个任务并 能够正确地 进行优先级排序的能力 , 使得它在处理时间和任务切 换的复杂性这两方面大大减轻主机和编程器的负担, 提高整个控制系统的运行 速度和控制精度。除此而 外, PMAC 还具有执行运动程序、 执行 PLC 程序、 伺服 环更新、 资源管理及与主机通信等功能。 2 2 数控系统硬件设计 龙门铣 床控制 系统采 用工业 控制机 ( IPC) 为基
( 上接第 10 页) 补偿的情况进行了试验 , 并用圆度仪测 试了这两种 情况下 加工出 来工件 的圆度 ( 如图 6 所 示) 。从图中可以看出采用压电陶瓷传感器二维微量 进给机构进行误差补偿能有效的提高 工件的加工精
图6
工件的圆度误差 [ 参考文献 ]
度。
[ 1] Patterson S. R. et al. Desig n and testing of a fast tool servo di amond tuming . Pr ecision Eng ineering, 1985, 7( 3) : 123~ 128 [ 2] Hara Y. et al. A new micro- cutting dev ice with hig h stiff ness and resolutio n. Annals of the CIRP, 1990, 39( 1) : 375 ~ 378 收稿日期 : 2000- 09- 30 作者简 介 : 高栋 ( 1970 - ) , 男 , 湖 北潜江 人 , 哈 尔滨 工业 大 学讲师 , 博士。 图 5 微进给量与控制电压 的关系 2001 年 第 1 期 ( 编辑 赵忠红 )
图1 数控系统的硬件结构框图
I/ O 接口上, 光电隔离有效地将计算机 数字量通道与外部过程模拟量通道隔离 起来 , 大大地减小了外部因素的干扰, 提高了整机系统 的可靠性和稳定性。P LC 输出的信号主要有 : 指示灯 信号 ; 控制继电器、 接触器、 电磁阀等动作信号 ; 伺服模 块的驱动使 能和速度使 能信号等。这些信 号经 I/ O 接口送到相应的继电器上 , 最终控制相应的电器。 3) A/ D 接口板的主要作用是将仿形仪送出的代 表压偏量的额定模拟电压转化为数字量 , 作为压偏量 反馈信号供闭环仿形控制 或数据采集所用。 D/ A 接 口将 CPU 计算出的各轴速度指令信号转化成模拟量 送到各轴的交流伺服模块 , 以控制各轴伺服电机的运 动。该系统的 A/ D 转换器内置 于 P MAC 中 , 同时通 过光电耦合器进行光电隔离 , 有效地将数字地与模拟 地隔离开来, 提高了系统可靠性和稳定性。
理等功能。其功能模块如图 3 所示。
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结论
该数控系统以通用的工业控制机为基础 , 采用功
能强大的 运动控制器 PMAC 承担 插补计算、 位置控 制、 速度控制等任务。实践证明, 这种双 CPU 结构的 开放式数控系统的方案是完全可行的。这种设计方案 对于缩短数控开发周期, 提高数控系统的加工精度、 稳
组合机床与自动化加工技术
图3
后台功能模块图
定性和多样性具有重要的意义。
[ 参考文献 ] [ 1 ] Delta T au Data System Inc. PM AC USER S M AN UA L. 图2 前后功能模块图 1998 [ 2] Delta T au Data System I nc. PM AC/ PM AC2 SOFT WA RE REF ER EN CE. 1998 [ 3] Delta T au Data System Inc. PM AC Option 2, Dual Ported RAM U ser s G uide. 1998 收稿日期 : 2000- 07- 24 作者简 介 : 付兴政 ( 1970- ) , 男 , 辽宁大 连人 , 辽宁 无线 电 二厂 ( 集团 ) 工程师。 ( 编辑 江 复)
Байду номын сангаас
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引言
模块化开放式数控系统是当今数控技术的发展方
向。多 CPU 开放式数控系统实现的最主要途径是数 控系统的 PC 化 , PC 化有三种途径: 1) 在 PC 机上增加 数控模块; 2) 在数控系统上增加 P C 模块; 3) 以软盘文 件的形式来管理数控程序, 把 CNC 模块插入 PC 机中 是 P C 化的一种主要方式 , PMAC ( Prog rammable Mul t iple Axes Controller) 运动控制器就是这样的一个数控 模块。本文提出了以 P MAC 运动控制器作为 CNC 模 块, 工业控制机为系统支撑单元的双 CPU 开放式数控 系统 , 并将该控制系统应用于龙门铣床数控数字化测 量加工系统的开发, 取得了良好的效果。 本文介绍了基于 PMAC 的并行双 CPU 开放式数 控数字化测量加工系统, 并给 出了硬、 软 件的设计框 图。本系统的特点是 : 各微处理器并行工作, 软件工作 被分散到各级处理器, 实现了 WINDOWS/ NT 环境下 实时多任务处理 , 提高了系统的执行速度。
2001 年 第 1 期
集的数据直接送到 DPRAM 中 , 而不是 常规的 RAM 中。 该控制系统利用了 DP RAM 进行数 据的自动存取 , 提高了系统的响应速度 和系统加工精度 , 该机床控制系统的分 辨率为 1 m, 同时也方便了控制系统中 模块之间的快速通讯和地址表的设定, 便于编程。 2) PMAC 系统的内置 PL C 功能是 经智 能 I/ O 接 口 的输 入 输 出实 现 的。 在控制系统中, 送入 P LC 的输入信号主 要有: 操作面板和机床上的控制按钮、 选 择开关等信号; 各轴的行程开关、 机械零 点开关等信号 ; 机床电器动作、 限位、 报 警等信号; 强电柜中接触器、 气动开关接 触等信号; 各伺服模块工作状态信号等。 这些信号是通过光电隔离以后送到智能
置数据信息或程序信息进行重复下载: 另一方面, 双端 口 RAM 在用于从 PMAC 中读取数据时 , 可以快速地 重复地获取系统的状态信息。譬如, 交流伺服电机的 状态、 位置、 速度、 跟随误差等数据可以不停被更新 , 并 且能够被 P LC 或被 PM AC 自动地写入 DPRAM 。如 果系统中不使用 DPRAM, 这些数据必须用 PMAC 的 在线命令 ( 如? 、 P、 V 等 ) , 通过 P C 总线进行数据的存 取。由于通过 DPRAM 进行的数据存取不需要经过通 讯口发送命令和等待响应 , 所以所需的时间要少得多, 因此响应的速度就快得多。 在该控制系统中 , 主机和 PMAC 之间数据的传送 利用了 PMAC 为 DPRAM 提供的如下功能: DPRAM 控制面板功能 ( 从主机到 P MAC) ; DPRAM 伺服系统状态数据反馈功能( 从 PMAC 到主机) ; DPRAM 后台常量状态数据反馈功能( 从 PMAC 到主机) ; DPRAM 后台变量状态数据反馈功能( 从 PMAC 到主机) ; DPRAM ASCII 通讯缓冲区( 双向) ; DPRAM 二进 制 转 换 程 序缓 冲 区 ( 从 主 机 到 PMAC) ; 除了 上 面 快 速 自 动 的 存 取 功 能 外, 还 可 以 用 PMAC 的 M 变量和主机的指针变量来指定 DPRAM 中还没有被使用的寄存器 , 实现数据在主机与 PMAC 之间的传送。而 PMAC 在使用数据采集功能时 , 所采 18