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CNC系统的硬件结构及软件结构

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点击次数:更新时间:2018-05-18 14:05:36

     现在电动推杆生产厂商大都采用微处理器(CPU)作为基础的微计算机数控装置(MNC)。从硬件结构上一般分为单CPU结构和多CPU结构两大类。当控制功能不十分复杂时,多采用单CPU结构。单CPU结构的CNC置多采用以下两种结构形式。
     专用型专用型CNC装置,其硬件是由各制造厂商专门设计和制造的,用性强,其硬件之间彼此不能交换和替代,因此不具有通用性。如 SIEMENS控系统、 FANUC数控系统、美国A-B系统等都属于专用型。其中又有大板结构和模块化结构之分。大板结构的CNC装置可由主电路板、位置控制板、PLC板、图形控制板和电源单元等组成。主电路板是大印刷电路板,其他电路板为小印刷电路板,小板插在大板的插槽内。如 FANUC CNO6MB就采用这种大板结构。模块结构的CNC装置,将整个CNC装置按功能划分为若干个模块,每个功能模块制成尺寸相同的印刷电路板,各印刷电路板均插到母板的插槽内。如FANUC系统15系列就采用了功能模块化式结构。
     通用型通用型CNC装置指的是采用工业标准计算机(如工业PC机)成的CNC装置。只要装入不同的控制软件,便可构成不同类型的CNC装置无需专门设计硬件,因而具有比较大的通用性,硬件故障维修方便
     单CPU结构的CNC装置,由于只有一个微处理器,因此多采用集中控制分时处理的方式完成数控的各项任务。单CPU结构的CNC装置的组成框图如图3-12所示。微处理器通过总线与存储器(RAM、 EPROM)、位置控制器、可编程逻辑控制器(PLC)及各种接口(如1/O接口、MDI/CRT接口、通信接口等)连接。

单CPU结构CNC装置组成框图
     (1)微处理器
     CPU(微处理器)是CNC装置的核心,由运算器及控制器两大部分组成运算器对数据进行算术和逻辑运算。控制器则是将存储器中的程序指令进行译码,并向CNC装置各部分顺序发出执行操作的控制信号,并且接收执行部件的反馈信息,从而决定下一步的命令操作。也就是说,CPU主要担负数控有关的数据处理和实时控制任务。数据处理包括译码、刀具补偿、速度处理;实时控制包括插补运算和位置控制以及对各种辅助功能的控制n、CNC装置中常用的微处理器有8位、16位和32位。经济型CNC装置常用微处理器芯片或采用单片机芯片(8位或16位)作为微处理器。一般CNC装置通常采用16位、32位乃至64位微处理器芯片。


     (2)存储器
     CNC装置的存储器包括只读存储器( EPROM)和随机存储器(RAM)两种。系统程序存放在只读存储器 EPROM中。零件加工程序、机床参数、刀具参数等存放在有后备电池的CMO)SRAM中,这些信息在这种存储器中能被随机读出,还可以根据需要写入和修改。断电后,信息仍被保留。各种运算的中间结果,需显示的信息、数据,运行中的状态,标志信息等均放在随机存储器RAM中,它可以随时读出和写入。断电后,信息就消失


     (3)位置控制器
     位置控制器主要用来控制数控机床各进给轴的位移量,需要随时把插补运算得到的各坐标位移指令与实际检测的位置反馈信号进行比较,并结合有关补偿参数,适时地向各坐标伺服驱动单元,发出位置进给指令,使伺服控制单元驱动伺服电动机运转。位置控制是一种同时具有位置控制和速度控制两种功能的反馈控制系统。CPU发出的位置指令值与位置检测值的差值就是位置误差,它反映实际位置总是滞后于指令位置。位置误差经过处理后作为速度控制量控制进给电动机的旋转,使实际位置总是跟随指令位置的变化而变化。所以,当指令位置以一定速度变化时,实际位置也以此速度变化,而且实际位置始终跟随指令位置,当指令位置停止变化时,实际位置等于指令位置。由此可见,位置控制既控制了位置又控制了速度。


     (4)可编程逻辑控制器(PLC)
     可编程逻辑控制器用来代替传统机床强电的继电器逻辑控制,在数控系统中是介于数控装置与机床之间的中间环节。利用PLC的逻辑运算功能实现各种开关量的控制。它有内装型和独立型之分“内装型”PLC从属于CNC装置。PLC与NC之间的信号传送在CNC内部实现,它已经成为CNC装置的一个部件。数控机床中的PLC多采用内装式。“独立型”PLC又称为“通用型”PLC,它不属于CNC装置,可以自己独立使用。


     (5)MD/CRT接口
     MDI接口即手动数据输入接口,数据通过操作面板上的键盘输入。CRT接口是在CNC软件配合下,在显示器上实现字符和图形显示。显示器多为电子阴极射线管(CRT)。近年来已开始出现平板式液晶显示器(LCD),使用这种显示器可大大缩小CNC装置的体积。


     (6)输入/输出(1/O)接口
     CNC装置与机床之间的来往信号通过1/O接口电路来传送。输入接口是接收机床操作面板上的各种开关、按钮以及机床上的各种行程开关和温度、压力、电压等检测信号。因此它分为开关量输入和模拟量输入两类接收电路。由接收电路对输入信号进行电平转换,变成CNC装置能够接收的电平信号。输出接口是将所检测的各种机床工作状态信息送到机床操作面板进行声光指示,将CNC装置发出的控制机床动作信号送到强电控制柜,以控制机床电气执行部件动作。根据电气控制要求接口电路还必须进行电平转换和功率放大。为防止噪声干扰引起错误动作,还需用光电耦合器或继电器将CNC装置和机床之间的信号在电气上加以隔离。


     (7)通信接口
     该接口用来与外设进行信息传输,如上一级计算机、纸带穿孔阅读机、录音机等。
     随着数控技术的发展,又出现了“PC嵌入NC”式结构系统。这种系统尽管具有一定的开放性,但它的NC部分仍然是传统的数控系统,其体系结构还是不开放的。因此用户无法介入数控系统的核心。如 FANUC18i、16i系统,SIEMENS840D系统等。在“PC嵌入NC”式结构系统的基础上,又出现了“NC嵌入PC”式结构,它由开放体系结构运动控制卡+PC机构成。这种控制卡具有很强的运动控制和PLC控制能力。它本身就是一个数控系统,可以单独使用。



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