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)代計算機的硬件、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： 微機部分 外圍設備部分 機床控制部分 微機部分CPUEPROMRAM定時器中斷控制器等部分構(gòu)成。外圍設備部分 外圍設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與計算機外設連接或與上位機連接的通訊接口等機床控制部分包括對機床進給軸的位置的控制： 進給速度的控制； 插補運算； 位置閉環(huán)控制）；對主軸轉(zhuǎn)速的控制：實現(xiàn)對主軸變速的控制；對主軸的位置的控制：主軸的準停功能 用于機床主運動是刀具的旋轉(zhuǎn)運動時的換刀； 主軸切削螺紋時防止亂扣； 與進給軸之間的嚴格速比關(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現(xiàn)的。主要有以下一些接口電路 ： a進給軸控制接口：模擬量輸出接口，工作臺位置反饋接口。 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適應不同型號、不同規(guī)格機床的要求，適應各種系統(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)設定和確認功能。即 為CNC裝置各模板的PCB上短接棒硬件設定和軟件參數(shù)設定短接棒和軟件參數(shù)短接棒和軟件參數(shù)可設定和確認的系統(tǒng)參數(shù)有：關(guān)于系統(tǒng)配置方面的設定 存儲器容量和地址范圍指定； I/O接口地址設置； 系統(tǒng)配置的軸數(shù)和軸名； 檢測元件的種類指定； 是否配置了PLC的確認等短接棒和軟件參數(shù)v關(guān)于輸入、輸出信號的設定v 輸入、輸出信號的有效跳變沿指定v 串行通訊時的波特率和幀格式v關(guān)于主軸和運動軸的設定v 主軸低速檔指定v 最小移動單位

4、、米/英制選擇v 軸加減速的時間常數(shù)v 軸運動速度上限和低速限定v 各運動軸參考點距機床原點的坐標值v 各移動軸正負方向運動坐標極限指定短接棒和軟件參數(shù)v關(guān)于補償?shù)脑O定v 各運動軸的螺距誤差補償曲線設定v 反向間隙補償設定v關(guān)于檢測信號的設定v 反饋信號類型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。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箱內(nèi)v優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝v缺陷：有時可能造成某些信號連線過長。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部件，而把功能模塊組成的電路板安裝在一個機箱內(nèi)，兩者之間用導線或光纖連接v許多 CNC 機床把操作面板也單獨作為一個部件，這是由于所控制機床的要求不同，操作面板相應地要改變，做成分體式的有利于更換和安裝 CNC 操作面板vCNC 操作面板在機床上的安裝形式：v 吊掛式v 床頭式v 控制柜式v 控制臺式等多種 從組成CNC系統(tǒng)的電路板的結(jié)構(gòu)特點來看，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：一個系統(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：結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，可靠性高，價格低，有v 很高的性能 / 價格比，也便于機床的一體化設計v缺陷：硬件功能不易變動，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：將微處理機、存儲器、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、存儲器、輸入輸出控制組成獨立微計算機級的硬件模塊相應軟件也是模塊結(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，成為工廠標準或工業(yè)標準，彼此可交換信息優(yōu)點v可積木式組成 CNC 系統(tǒng)，v設計簡單v有良好適應性和

7、擴展性v試制周期短v調(diào)整維護方便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)和個人計算機式結(jié)構(gòu)專用型結(jié)構(gòu)v硬件由廠家專門設計制造v布局合理v結(jié)構(gòu)緊湊v專用型強v硬件彼此之間不能交換和替代，無通用性個人計算機式結(jié)構(gòu)v以工業(yè)PC機作為CNC裝置的支撐平臺v由機床廠根據(jù)CNC需要，插入控制卡，裝入軟件，構(gòu)成相應CNC裝置v特點：v 與一般PC機兼容，易于實現(xiàn)升級換代v 抗干擾和抗惡劣環(huán)境能力強v 滿足用戶對硬件通用性的要求 從 CNC 系統(tǒng)使用的微機及結(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 多微處理機 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)濟型

8、CNC 系統(tǒng)采用單微處理機結(jié)構(gòu)。 而多微處理機結(jié)構(gòu)可以滿足數(shù)控機床高進給速度、高加工精度和許多復雜功能的要求，也適應于并入 FMS 和 CIMS 運行的需要，從而得到了迅速的發(fā)展，它反映了當今數(shù)控系統(tǒng)的新水平。 單微處理機結(jié)構(gòu)單微處理機結(jié)構(gòu) v僅一個微處理機，實行集中控制，分時處理數(shù)控的各個任務v結(jié)構(gòu)特點如下：v CNC裝置內(nèi)僅有一個微處理機，由它對存儲、插補運算、輸入輸出控制、CRT顯示等功能集中控制分時處理。v 微處理機通過總線與存儲器、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，容易實現(xiàn)。v 正是由于只有一個微處理機集中控制，其功能將受微處理機字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算

9、速度等因素的限制。 多微處理機結(jié)構(gòu)多微處理機結(jié)構(gòu) v多微處理機結(jié)構(gòu)的CNC是把機床數(shù)字控制這個總?cè)蝿談澐譃樽尤蝿?也稱為子功能模塊)。v硬件方面：v 以多個微處理機配以相應的接口形成多個子系統(tǒng)v 把劃分的子任務分配給不同的子系統(tǒng)承擔v 由各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)動作完成數(shù)控多微處理機結(jié)構(gòu)多微處理機結(jié)構(gòu)v兩個或兩個以上的微處理機構(gòu)成多個子系統(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或者有兩個或兩個以上的微處理機構(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)有效地實現(xiàn)并行處理多微處理機結(jié)構(gòu)多微處理機結(jié)構(gòu)v留意：v 有的CNC裝置雖有兩個以上的微處理機，但其中只有一個微處理機能夠控制系

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

11、理機結(jié)構(gòu)特點多微處理機結(jié)構(gòu)特點v可靠性高v 由于每個微處理機分管各自任務，形成若干模塊。即使某個模塊出故障，其他模塊仍照常工作，不像單微處理機那樣，一旦出故障，整個系統(tǒng)將癱瘓。而更換插件模塊較方便，可使故障對系統(tǒng)的影響減到最小程度；由于資源共享，省去一些重復機構(gòu)，使造價降低，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CNC裝置的典型結(jié)構(gòu) 多微處理機組成的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 存儲器模塊 這6種功能模塊組成。多微處理機CNC裝置的典型結(jié)構(gòu) 若需要擴充功能，再增加相應的模塊。這些模塊之間互連與通信是在機柜內(nèi)耦合，典型的有共享總線和共享存儲器兩類結(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柜內(nèi)，共享嚴格設計定義的標準系統(tǒng)總線v系統(tǒng)總線的作用v 把各個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)成一個完整系統(tǒng)，實現(xiàn)預定功能。 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 由于某一時刻只能由一個主模塊占有總線，必須要有仲裁電路來裁決多個主模塊同時請求使用系統(tǒng)總線的競爭v 每個主模塊按其擔負任務的重要程度已預先安排好優(yōu)先級別的順

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

14、電路來解決訪問沖突。v由于同一時刻只能有一個微處理機對多端口存儲器讀或?qū)?，所以功能復雜而要求微處理機數(shù)量增多時，會因爭用共享而造成信息傳輸?shù)淖枞档拖到y(tǒng)效率，因此擴展功能很困難。 共享存儲器結(jié)構(gòu)v配有兩套數(shù)據(jù)、地址和控制線，可供兩個端口訪問，訪問優(yōu)先權(quán)預先安排好v兩個端口同時訪問時，由內(nèi)部硬件裁決其中一個端口優(yōu)先訪問。 雙端口存儲器結(jié)構(gòu)框圖雙端口存儲器結(jié)構(gòu)框圖共享存儲器結(jié)構(gòu)v多微處理機共享存儲器結(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標準計算機輸入/輸出設備接口開關(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電動機的啟動和停止v晶閘管的通和斷v閥門的打開和關(guān)閉v脈沖信號的計數(shù)和定時信號以二進制邏輯以二進制邏輯“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)或繼電器觸點信號TTL電平標準電平標準輸出輸出 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就認為是就認為是0，高于，高于2.0就認為是就認

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主要完成對總線信號進行緩沖和驅(qū)動v對地址進行譯碼，產(chǎn)生輸入端口的譯碼信號和輸出端口的譯碼信號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，等待微處理器將這些輸入信號取走v輸出緩沖器鎖存微處理器向外部輸出的信號并向外部輸出I/O電氣接口v信號調(diào)理電路，完成濾波、電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、功率驅(qū)動v外部信號的輸入可能引起瞬時高電壓干擾、過電壓、接觸抖動、接口噪聲，電氣接口可采用去抖動、濾波、電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離

17、等措施v驅(qū)動電路可選TTL電平三態(tài)門輸出電路、開路集電極OC門輸出電路、達林頓陣列驅(qū)動電路、晶閘管模擬量輸入接口v被測模擬量輸入接口A/D轉(zhuǎn)換接口電路v 被測模擬量經(jīng)信號調(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)控裝置的計算機控制電路所接受；v模擬量輸出接口D/A轉(zhuǎn)換接口電路v CNC送往執(zhí)行機構(gòu)的控制信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和信號調(diào)理后送往執(zhí)行機構(gòu)轉(zhuǎn)換接口電路v輸入、輸出電壓信號v 05V，05V，010Vv輸入、輸出電流信號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、分時多路工作方式v系統(tǒng)控制多路開關(guān)選擇一路信號v接通的信號經(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總線接口邏輯對總線信號進行緩沖和驅(qū)動，對地址譯碼，實現(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總線接口邏輯對要輸出地數(shù)據(jù)進行緩沖v送到各路D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端v由通道選擇器產(chǎn)生的選通信號選擇一個通道v該通道數(shù)據(jù)由D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量v送往信號調(diào)理電路v調(diào)理電路對信號進行變換，送往執(zhí)行機構(gòu)常見的數(shù)字通信接口vRS-232RS-232v電子

19、工業(yè)協(xié)會(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的異步傳輸標準接口v通常 RS-232 接口以9個引腳 (DB-9) 或是25個引腳 (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)定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。v常用物理標準還有EIA RS-422A、EIA RS-423A、EIA RS-485 v目前PC機上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口 RS-232C的機械特性 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個數(shù)據(jù)信號：發(fā)送TXD；接收RXDv1個信號地線：SGv6個控制信號： vDSR 數(shù)傳發(fā)送準備好，Data Set Ready。 vDTR 數(shù)據(jù)終端準備好，Data Terminal Ready。 vRTS DTE請求DCE發(fā)送Request To Send）。 vCTS DCE允許DTE發(fā)送Clear To Send），該信號是對vRTS信號的回答。 vDCD 數(shù)據(jù)載波檢測Data Carrier Detection），當本地vDCE設備Modem收到對方的DCE設備送來的載波信號時，v使DCD有效，通知DTE準備接收， 并且由DCE將接收到的載波v信號解

21、調(diào)為數(shù)字信號， 經(jīng)RXD線送給DTE。 vRI 振鈴信號Ringing），當DCE收到對方的DCE設備送來v的振鈴呼叫信號時，使該信號有效，通知DTE已被呼叫。 RS-232C的電氣特性v對于數(shù)據(jù)信息碼）：v 邏輯“1”（傳號的電平低于-3V；v 邏輯“0”（空號的電平高于+3V；v對于控制信號；v 接通狀態(tài)(ON )即信號有效的電平高于+3V； v 斷開狀態(tài)(OFF)即信號無效的電平低于-3V；v 也就是當傳輸電平的絕對值大于3V時，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的電壓也認為無意義 RS-232C 與TTL轉(zhuǎn)換vEIA RS-232C 是用

22、正負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為能同計算機接口或終端的TTL器件連接，必須在EIA RS-232C 與TTL電路之間進行電平和邏輯關(guān)系的變換v實現(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為微型計算機，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和控制電路DTEDCE保護地S

23、HG信號地SIG發(fā)送數(shù)據(jù)TXD請求發(fā)送RTS允許發(fā)送CTS接收信號線檢測DCD接收數(shù)據(jù)RXD數(shù)據(jù)傳輸設備就緒DSR數(shù)據(jù)終端就緒DTR振鈴指示RIRS232遠程發(fā)送數(shù)據(jù)的工作過程v當終端有數(shù)據(jù)發(fā)送時，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，置DSR為“ON”， MODEMv 接入線路，準備好通信v終端置RTS線為“ON”，通知本地MODEM準備發(fā)送數(shù)據(jù)RS232遠程發(fā)送數(shù)據(jù)的工作過程v本地MODEM檢測到RTS線為“ON后，即通過電話線發(fā)一載波信號給遠程MODEM，通知遠程MODEM準備接收數(shù)據(jù)v同時置CTS線為“ON”，告訴終端已準備好接收要發(fā)送的數(shù)

24、據(jù)。v遠程MODEM檢測到載波后，置DCD線為“ON”，通知遠程計算機準備接收數(shù)據(jù)RS232遠程發(fā)送數(shù)據(jù)的工作過程v若是呼叫過程，遠程MODEM檢測到載波，則置RI線為“ON”v終端檢測到CTS線為“ON后，由TXD線發(fā)送數(shù)據(jù)，并用RXD線接收遠程計算機發(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遠程發(fā)送數(shù)據(jù)的工作過程v本地MODEM檢測到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遠程MODEM檢測不到載波后，置DCD和RI線為“OFF”，恢復原始狀態(tài)v終端置DTR為“OFF”，通知本地MODEM拆線v本地MODEM

25、檢測到DTR為“OFF ”，將其DSR線置為“OFF ”，同意拆線輸入輸出信號連接與調(diào)試（一開關(guān)量信號連接開關(guān)量信號類型： 直流、交流 有源、無源 有觸點、無觸點等開關(guān)量信號連接注意事項v不管CNC裝置輸入信號是什么種類，需設計相應電路將其轉(zhuǎn)換成標準電平或脈沖信號v開關(guān)量輸出電路中，當被控對象是電磁閥、電磁離合器等交流負載，或是工作電壓或電流）輸出信號最大允許值的直流負載，應： v 第1步：先驅(qū)動24V中間繼電器；v 第2步：直接驅(qū)動負載或者用觸點控制強電線路中的功率接觸器開關(guān)量信號連接注意事項v中間繼電器線圈一定要并聯(lián)保護二極管，并注意二極管的方向v 緣由：繼電器線圈相當于大電感，當線圈斷電

26、時，二極管可為電流提供釋放回路，否則易燒壞驅(qū)動電路v為提高抗干擾能力，弱電信號線與強電信號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。交流電動機的每相之間也要用滅弧裝置。模擬量輸出信號連接注意事項v模擬量輸出信號直接連到進給軸和主軸驅(qū)動器時，需用屏蔽電纜傳輸，且屏蔽層一端接外殼即接地），傳輸信號線盡可能端，屏蔽線非屏蔽部分不得50mmv驅(qū)動單元輸入阻抗10Kv控制進給驅(qū)動的模擬量輸出應與驅(qū)動單元配合，使得當模擬量為99.5V時，電動機以G00轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)模擬量輸出信號連接注意事項v許多機床主軸驅(qū)動的正反轉(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v位置檢測組件v 光電脈沖編碼器v 旋轉(zhuǎn)變壓器v 直線光柵v 直線感應同步器半閉環(huán)全閉環(huán)位置反饋輸入信號v不同檢測元件與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一v位置傳感器至CNC的連接電纜不應過長，且選擇屏蔽電纜，不可與強電信號線同槽v 緣由：位置傳感器檢測信號受到干擾，會使CNC系統(tǒng)產(chǎn)生錯誤修正，這是無法重新修正回來的位置反饋輸入信號注意事項二位置反饋輸入信號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，傳輸線較長，會有衰減注意事項三手輪信號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個方波脈沖信號，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信號相位超前或滯后來判斷MPG的正反轉(zhuǎn)，通過檢測MPG所發(fā)脈沖個數(shù)來控制坐標軸移動的距離硬件調(diào)試注意事項所有接線接好后進行調(diào)試，注意如下問題：仔細閱讀外部設備和CNC裝置的接口說明書，核對每一個信號和連線是否符合要求；特別注意不同公司的伺服驅(qū)動裝置，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)成以及位置信號的獲取位置傳感器的選擇應與機械傳動、位置分辨率以及CNC裝置內(nèi)部倍頻數(shù)的設定一起考慮硬件調(diào)試注意事項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、電位器等相應位置v先手動操作，檢查伺服系統(tǒng)跟隨誤差是否過大報警，一切正常后轉(zhuǎn)入自動運行狀態(tài)v根據(jù)現(xiàn)場實測值調(diào)整零漂補償值v調(diào)整伺服系統(tǒng)最高運行速度值v調(diào)整伺服系統(tǒng)位置環(huán)增益值設置為變增益控制）先檢查后上電先組件后整機先手動后自動第三節(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)中軟件所承擔的任務一、數(shù)控系統(tǒng)中軟件所承擔的任務v控制控制v 預處理模塊預處理模塊v 插補計算模塊插補計算模塊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、預處理、插補、位置代碼從輸入、預處理、插補、位置控制等全過程，以及系統(tǒng)參數(shù)設置、刀具參數(shù)設置、控制等全過程，以及系統(tǒng)參數(shù)設置、刀具參數(shù)設置、NC編輯、人機交互、診斷、通訊、聯(lián)網(wǎng)等編輯、人機交互、診斷、通訊、聯(lián)網(wǎng)等CNC系統(tǒng)軟件特點系統(tǒng)軟件特點v多任務性多任務性v實時性實時性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處理、插補、位置控制和輔助預處理、插補、位置控制和輔助控制任務要實時完成；控制任務要實時完成；v 為使操作人員及時了解和為使操作人員及時了解和干預干預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、任務時還應及時進行人機交加工任務時還應及時進行人機交互；互；v 為及時檢查和預報各種故為及時檢查和預報各種故障，要及時運行故障診斷程序；障，要及時運行故障診斷程序；v 及時完成通信等任務。及時完成通信等任務。多任務、并行處理技術(shù)v并行處理v 計算機在同一時刻或同一時間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不同的工作硬件：由多個微處理器分別實現(xiàn)CNC系統(tǒng)的一些實時功能，各個處理器 并行地運行各自的實時任務軟件：分時的并行處理技術(shù) 多重中斷的并行處理技術(shù)分時的并行處理技術(shù)v允許一個處理器同時完成多個任務v各個任務按其需要時間的長短被分割成一個個子任務，系統(tǒng)用時間片輪轉(zhuǎn)的方式處理和完成各項任務，即v 按

32、某種輪換次序給每個任務分配一段CPU時間，處理各子任務分時的并行處理技術(shù)v要求v 保證每個任務的合理響應時間v例如v 一個NC代碼段的預處理需在該程序段被加工之前完成分時的并行處理技術(shù)v缺陷v 有些任務不能按輪換次序等待，實時性不好多重中斷的并行處理技術(shù)v實時，是指在一個確定的有限的時間里對外部產(chǎn)生的隨機事件作出響應，并在確定的時間里完成這種響應或處理v對于數(shù)控系統(tǒng)這樣的有實時性要求、且各任務互相交錯并發(fā)的多任務控制系統(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各種實時任務被安排成不同優(yōu)先級別的中斷服務程序v在同一個中斷程序中按其優(yōu)先級高低而順序運行軟件總體結(jié)構(gòu)v前后臺型軟件結(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型軟件結(jié)構(gòu)v前后臺型軟件結(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前臺程序為實時中斷程序，承擔了幾乎全部實時功能，如位置控制、插補計算、輔助功能處理和面板掃描等。v后臺程序主要完成準備工作，包括輸入、譯碼、插補準備及管理等，通常稱為背景程序。背景程序是一個循環(huán)程序，在運行過程中不斷插入實時中斷服務程序，前后臺程序相互配合完成加工任務 多重中斷型軟件結(jié)構(gòu)v根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)功能的相對獨立性，按實時性的高低，將它們分別歸并入不同級別的中斷服務程序中，從而組成一個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中斷服務程序之間的通信來

34、實現(xiàn)。v除了開機初始化外，NC代碼輸入、預處理、插補、輔助功能實現(xiàn)及位置伺服控制，通過鍵盤、機床操作面板和CRT等交互設備進行的數(shù)據(jù)輸入、輸出和顯示等各種功能子程序均被安排在級別不同的中斷服務程序中，整個軟件是一個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每個微處理器分管各自任務，形成特定的功能模塊，相應軟件也模塊化，形成功能模塊軟件結(jié)構(gòu)，固化在對應的硬件功能模塊中v各功能模塊之間具有明確的硬、軟件接口，從而構(gòu)成一個實時性很強的多任務并行處理系統(tǒng) 第四節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)采用的軟件技術(shù)v任務的分析說明v軟件需求分析v總體設計v詳細設計v編程、單元測試與綜合

35、測試v運行及維護一 軟件開發(fā)方法任務的分析及說明v確定完成的總目標v分析任務的難度、工作量、現(xiàn)有基礎和環(huán)境v確定工程的可行性和實施方案v確定技術(shù)指標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計v系統(tǒng)設計v 確定系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方案v 確定軟件開發(fā)環(huán)境v結(jié)構(gòu)設計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設計v按各組成模塊的功能，確定各個模塊的處理過程v對目標系統(tǒng)精確描述，確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編程、單元測試、綜合測試v用確定語言編程，從模塊到整體依次進行調(diào)試、測試和連接運行及維護v通過各種必要的維護使系統(tǒng)持久地滿足用戶要求二 人機交互處理技術(shù)v工作模式

36、的選擇、調(diào)試、運行管理和維護v 用戶輸入命令、數(shù)據(jù)v CNC系統(tǒng)向用戶提供系統(tǒng)運行狀態(tài)v CNC向用戶進行信息反饋v 出現(xiàn)操作錯誤和系統(tǒng)故障時，報警 （一交互設備（一交互設備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機床操作面板和手輪機床操作面板和手輪v鼠標鼠標機床操作面板上的按鍵和開關(guān)機床操作面板上的按鍵和開關(guān)v操作方式的選擇手動、自動操作方式的選擇手動、自動/單段等）、系統(tǒng)啟動、單段等）、系統(tǒng)啟動、系統(tǒng)復位、急停等系統(tǒng)控制按鍵和開關(guān)系統(tǒng)復位、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、切削液供給等由機床廠

37、自由分配的按鍵和開關(guān)機床廠自由分配的按鍵和開關(guān)v運動軸的選擇、運動方向選擇等軸運動控制按鍵和運動軸的選擇、運動方向選擇等軸運動控制按鍵和開關(guān)開關(guān)v影響進給速度和主軸轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)開關(guān)和按鍵影響進給速度和主軸轉(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，完成對數(shù)控系統(tǒng)運行的控制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命令語言難以學習和記憶，易出現(xiàn)操作錯誤菜單形式v減輕了用戶的學習記憶負擔，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能同時顯示多進程多任務的運行情況v20世紀80年代計算機人機界面技術(shù)的一個重要成果直接操作界面形式vWIMPv W：窗口v I：圖標v M：菜單v P：鼠標器v 圖形用戶界面與面向?qū)ο缶幊滔嘟Y(jié)合的一項技術(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響應信息v 對用戶提供的操作請求、命令等信息作出響應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運行信息v 將系統(tǒng)運行結(jié)果信息以文字、圖形、聲音等方式提供給用戶的出錯信息v出錯信息v 當用戶操作或系統(tǒng)運行出錯時向用

39、戶提供出錯或報警信息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、生動和可靠盡量做到美觀、生動和可靠（三人機交互對輸入信息的處理（三人機交互對輸入信息的處理v簡單情形v 人機交互處理模塊僅與一個交互輸入設備通信v 輸入設備已知v交互處理模塊給提示等待用戶輸入信息（三人機交互對輸入信息的處理（三人機交互對輸入信息的處理v定時詢問方式v 交互輸入設備有多個v 人機交互模塊無法預知用戶何時使用輸入設備v定時詢問v 周期性地檢查各個輸入設備的狀態(tài)，在有輸入的情況下，接收相關(guān)數(shù)

40、據(jù)或轉(zhuǎn)到相應的操作處理（三人機交互對輸入信息的處理（三人機交互對輸入信息的處理v中斷方式v 為各種交互輸入設備分配不同的優(yōu)先級，當用戶操作某一輸入設備時，相應設備主動向CNC系統(tǒng)請求中斷v優(yōu)點：v CNC系統(tǒng)程序可一直處于工作狀態(tài)；v 一些隨機的需要及時處理的事件能通過中斷機制得到處理v缺陷：v 對多個輸入設備，需增加許多中斷源，使中斷處理復雜化（三人機交互對輸入信息的處理（三人機交互對輸入信息的處理v事件隊列方式v 每個來自于交互輸入設備的操作構(gòu)成一個事件v 每個事件記錄了產(chǎn)生事件的設備名和輸入信息v 按事件發(fā)生前后順序排隊，構(gòu)成事件隊列，等侯逐個處理v事件隊列在內(nèi)存中可看做是一個環(huán)行緩沖區(qū)

41、，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類似于循環(huán)隊列（四用戶界面設計工具vBorland C+vVisual BasicvVisual C+vPower Builder三 監(jiān)測和診斷技術(shù)v監(jiān)測過程包括狀態(tài)獲取和狀態(tài)比較兩方面v狀態(tài)獲?。簐 對被控設備和過程的參數(shù)及特征值的采集和再現(xiàn)；v狀態(tài)比較：v 實際狀態(tài)與給定狀態(tài)的比較。通過比較，可對系統(tǒng)運行邊v 界值和運行趨勢進行檢查監(jiān)測策略v由監(jiān)測目標確定有關(guān)監(jiān)測時間因素v由經(jīng)濟性因素選擇自動化程度、監(jiān)測位置和監(jiān)測分辨率v選擇測量對象、測量量以及表現(xiàn)特征、測量原理v選擇傳感器v確定監(jiān)測結(jié)果的描述形式監(jiān)測與診斷的關(guān)系v監(jiān)測是診斷的依據(jù)v診斷充分利用監(jiān)測中獲取的狀態(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，對故障定位診斷對象v機床有關(guān)部件v數(shù)控系統(tǒng)硬件v數(shù)控系統(tǒng)軟件v加工過程對機床的診斷v各種液壓、氣壓及溫度閥v刀具專用夾具v導軌v承受大負載的部件v各種開關(guān)邏輯關(guān)系和閉鎖情況v進給電動機和主軸電動機數(shù)控系統(tǒng)軟硬件診斷v對數(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行檢查v 如切削力、刀具磨損等情況診斷的實現(xiàn)v借助系統(tǒng)自診斷功能實現(xiàn)v方式v 可分布在各數(shù)控功能程序中v 可為獨立的診斷功能模塊v 常駐在CNC程序中v 作為備用軟件，在需要時裝入CNC本卷須知v對加工過程常采用過程調(diào)節(jié)的方法緣由： 這類故障會導致停機

43、、甚至人身傷害 加工受隨機的各種干擾影響，難以預料機床和刀具是否過載、加工如何進行 為了安全，采用了保守的加工用量，使設備效率未充分發(fā)揮 為充分利用機床，對加工過程的診斷以預防為主，采用按自適應控制原理開發(fā)的過程調(diào)節(jié)的方法，監(jiān)測故障趨勢，及時調(diào)節(jié)系統(tǒng)，避免故障發(fā)生故障診斷過程v機床操作者v 根據(jù)經(jīng)驗，按系統(tǒng)提供的監(jiān)測和診斷信息，及操作說明和故障消除說明，測試并找到故障源v維修人員v 利用廠家提供的技術(shù)資料、測試和診斷程序包、儀器和經(jīng)驗v通信診斷v 由廠家服務中心通信診斷程序進行診斷v廠家維修服務人員v 廠家派遣具有專業(yè)知識和經(jīng)驗的維修人員，通過專用測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 自修復技術(shù)v 通信診斷v 診斷指導專家系統(tǒng)啟動診斷v指CNC從上電開始到正常運行階段進行的診斷v診斷內(nèi)容v 核心單元主模塊）v 存儲器工作存儲器和數(shù)控加工程序存儲器）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 標準外部輸入/輸出設備啟動診斷v診斷內(nèi)容v 各模塊、設備以及芯片是否插裝到位v 規(guī)格型號是否正確v 電源溫度v 通風裝置v 電網(wǎng)電壓v 帶電保護存儲器的電池啟動診斷v核心單元診斷v 對CPU采用硬件的方法進行CPU時鐘監(jiān)測，時鐘超時，LED報警；v 對系統(tǒng)

45、程序存儲器，采用檢驗和檢查，即順序累加所有單元的二進制數(shù)據(jù)，舍棄向高位的進位，將余數(shù)即實際檢驗和與標準檢驗和進行比較，若不一致，說明有故障啟動診斷v存儲器診斷v 對工作存儲器，裝入特定測試程序并運行之，若不能正常運行，說明有故障v 對數(shù)控加工程序存儲器，通過比較寫入和再讀出的數(shù)據(jù)進行檢查，若比較結(jié)果不一致，說明有故障v 啟動診斷v開關(guān)量I/O接口診斷v 對開關(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備脫開v 接一測試電阻板v 將每個輸入電路與一個輸出電路通過一個電阻連接成閉環(huán)v 運行專用測試程序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時間和準確性

46、；v 若響應時間太長、無響應或響應不正確，即存在故障啟動診斷v位置伺服接口和伺服裝置診斷v方法：每隔一定時間通過位置伺服接口對伺服裝置進行一次靜 v 態(tài)和動態(tài)檢查、軌跡監(jiān)測v靜態(tài)檢查伺服裝置無驅(qū)動信號時漂移情況的檢查v動態(tài)檢查在無負載時，使進給電動機和主軸電動機高速運行，計算在一定時間和一定電流作用下，電動機的拖動距離和轉(zhuǎn)速值，檢查其與實際的相符情況v軌跡監(jiān)測使機床工作臺運行各種給定位置，用測量探頭代替刀具，或采用激光干涉儀，測出各種位置偏差啟動診斷v數(shù)控面板診斷v 通過各種操作輸入，觀察系統(tǒng)響應情況來檢查v通信接口診斷v 檢驗通信過程是否超時，通信數(shù)據(jù)域的檢驗和是否正確，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的硬件環(huán)境，對系統(tǒng)運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，包括：v 對所運行的數(shù)控加工程序的正確性檢查v 對伺服狀態(tài)的檢查v 對工作臺運行范圍的檢查v 對各種過程變量刀具磨損、切削力等的自適應調(diào)節(jié)等離線診斷v由經(jīng)過專門訓練的人員完成v在CNC系統(tǒng)停止運行系統(tǒng)程序時，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)程序運行，診斷出故障v場所：設備現(xiàn)場，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/輸出接口信號時序圖v軌跡記錄器v 機床運行時存儲某一時間段機床狀態(tài)數(shù)據(jù)v 所有信息顯示在窗口中。當有干擾時，窗口定住自修復技術(shù)vCNC系統(tǒng)在數(shù)控裝置內(nèi)設置了備用模塊，并具有自修復程序v備用模塊在正常情況下不參與運行v自修復程序在CNC系統(tǒng)每次開機時執(zhí)行；有故障模塊時，自動找出備用模塊，取代故障模塊通信診斷vCNC維修中心通過網(wǎng)絡、通信等手段，向用戶發(fā)送診斷程序，同時指導用戶進行測試，將收集到的測試診斷數(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：知識庫 推理機v知識庫存儲著專家分析、判斷故障的原因、消除故障的經(jīng)驗和知識v推理機對知識庫中的規(guī)則進行解釋，并運行向后推理程序，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)絡技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)通信與網(wǎng)絡技術(shù)概述概述vCNC要與各種系統(tǒng)和設備進行信息交換，完成加工任務。信息的交換涉及到許多通信方面的知識。例如：v 通信的方式并行和串行）v 通信時的同步問題v 計算機網(wǎng)絡通信時的有關(guān)標準和協(xié)議問題v 通信設備與傳輸媒體的通信接口問題v 總線 現(xiàn)場總線網(wǎng)v現(xiàn)場總線是一種串行通信鏈路，它

50、在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中適用于設備控制層和執(zhí)行層之間及設備控制層和單元層之間的數(shù)據(jù)通信v特點v 通信協(xié)議比較簡單v 可靠性高v 抗干擾能力強v 對于通信服務要求不太高的工業(yè)現(xiàn)場來說，具有很好的性能價格比現(xiàn)場總線網(wǎng)v三層模型：對應于ISO/OSI中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層v執(zhí)行裝置/傳感器現(xiàn)場總線SERCOSv系統(tǒng)現(xiàn)場總線PROFIBUSSERCOSv英文全稱SERial Communication System）v是被實際現(xiàn)場應用證明了的、采用光纖傳輸數(shù)據(jù)的現(xiàn)場總線標準之一v對分布式多軸運動的數(shù)字控制提供較好的應用v此標準已通過IEC認證IEC-1491）SERCOSv德國機床廠協(xié)會VDW和核心電

51、子技術(shù)與電子工業(yè)協(xié)會ZVEI共同制訂的現(xiàn)場總線標準v用于數(shù)控機床的數(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 將實際位置值通過現(xiàn)場總線反饋給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)場總線接口的現(xiàn)場總線使各通信站構(gòu)成一個環(huán)使各通信站構(gòu)成一個環(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主站和多個從站組成：由一個主站和多個從站組成： 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)場總線PROFIBUSv在系統(tǒng)現(xiàn)場總線中，由SIEMENS公司開發(fā)的PROFIBUS現(xiàn)場總線通信協(xié)議在歐洲廣泛流行vPROFIBUS用于各種智能控制器和設備之間的連接時，要區(qū)分主動的智能設備如：控制器，計算機和被動的設備如：輸入/輸出模塊，變頻器）。v如圖所示為PROFIBUS現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)v各主動設備組成令牌環(huán)網(wǎng)：發(fā)送權(quán)以令牌形式在主動設備之間循環(huán)，得到令牌的主動設備在將令牌沿環(huán)傳遞給下一個主動設備之前的確定時間內(nèi)，可任意發(fā)送或接收其他總線設備信息，采用數(shù)據(jù)報文進行各種信息交換典型PROFIBUS報文結(jié)構(gòu)如圖所