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NC嵌入PC型开放式数控系统的研究

数控产品网 www.cncproduct.com   2017-12-16   来源:网络转载   阅读:49次
[ 内容简介 ]

由于计算机技术的飞速发展以及其标准化和开放性,从而出现了基于PC的开放式数控系统。同时该数控系统由于性能/价格比高,市场竞争力强而倍受欢迎。

   当前,各种先进的制造技术得到了飞速的发展,它们中极大多数都需要数控技术的支持。但是由于传统的数控系统几乎都具有封闭性,同时,大多数机床制造厂都是选用标准数控装置来配置机床,这就给在不同使用状况下灵活配置数控装置的功能和用户界面带来困难,因为标准控制装置不能反映机床制造厂的经验,也很难满足最终用户的特殊要求。因而对数控系统提出了新的要求。与此同时,随着用户需求的多样化,生产方式向着中小批量方向发展,要求数控系统更具柔性、灵活性和通用性,因此出现了开放式数控系统结构的研究。世界上有许多国家纷纷投入了大量的人力,物力和财力对其进行研究,并取得了很大的成果,例如开放式数控系统具有软件开放性和硬件开放性,它能使人们自由地选择CNC装置、伺服放大器、传感器、执行单元等部件。一般而言,开放式数控系统应该具有下述特点:由逻辑上独立的各种构成要素组成。

  提供一个标准和规范,确保不同生产厂商的符合规范的构成要素能构成一个完整的数控系统。

  数控系统的拓扑结构可以动态地改变。

  与其他系统或软件模块具有互操作性。

  提供良好一致的人机界面。

  由于计算机技术的飞速发展以及其标准化和开放性,从而出现了基于PC的开放式数控系统。同时该数控系统由于性能/价格比高,市场竞争力强而倍受欢迎。

  1基于PC的开放式数控系统基于PC的开放式数控系统能充分地利用计算机的软硬件资源,可使用通用的高级语言方便地编制程序,用户可方便地将标准化的外设、应用软件进行组合和使用。使用计算机同时也便于实现网络化。基于PC的开放式数控系统大致可分为四种类型,即PC连接型CNC、PC嵌入型CNC、NC嵌入型PC(NC嵌入PC型)、全软件型NC. PC连接型CNC:该类型系统是用通用的串行线将现有的原型CNC与PC相连而组成的。该系统容易实现,原型的CNC几乎可以不加修改地进行利用。也可使用通用的软件,但是其原型CNC不能实现开放化,并且系统的通讯、响应速度慢。

  PC嵌入型CNC:该类型系统是将PC装入到CNC内部,PC与CNC之间用专用的总线连接。系统数据传输快,响应迅速,同时,原型CNC系统也可不加修改就加以利用,但是不能直接地利用通用PC,开放性受到限制。

  NC嵌入型PC(NC嵌入PC型):该类型系统是在通用PC的扩展槽中插入专用的CNC卡组成的。

  它能够充分地保证系统性能,软件的通用性强,并且编程处理灵活,但是,原型CNC资源很难得到利用。

  全软件型NC:该类型系统是指CNC的全部功能均由PC进行处理,并通过装在PC的扩展槽的伺服接口卡对伺服驱动等进行控制。其软件的通用性好,编程处理灵活。但是,实时处理的实现比较困难,并较难保证系统的性能,同时原型CNC资源难以利用。

  2NC嵌入PC型开放式数控系统21NC嵌入PC型开放式数控系统应用平台作为基于PC的开放式数控系统,NC嵌入PC型开放式数控系统应用平台可理解为由开放式运动控制卡+PC机组成。开放式运动控制卡一般采用高速DSP作为CPU,具有强大的运动控制和逻辑控制能力,并提供一组数控内核API供用户开发构建所需的数控系统。PC机则通常采用工业计算机,从而能充分利用其丰富的软硬件资源。用户可以选用许多流行的编程软件,如DELPHI、VISUALC++、C++BUILDER等。这能大大地改善数控系统的用户界面、图形显示、动态仿真以及网络通讯等功能。给出了NC嵌入PC型开放式数控系统应用平台的典型结构。

  系统K置I应用i到厂数控内核AH通讯系统丨操作系统硬件工业计算机1开放式运动控制器NC嵌入PC型开放式数控系统应用平台的典型结构22NC和PC的通讯问题从中可以看出,在这个数控系统平台上进行应用开发时,首先必须解决的是NC和PC机之间的通讯问题。也就是说NC和PC间应能够流畅地交换数据。它们之间的通讯可以由不同的通讯机制实现,典型的方式有:总线通讯和双口RAM通讯等。总线通讯采用ISA/PCI总线结构,开放式运动控制卡插入在PC机的总线接口槽中,使用相应的控制寄存器和协议建立起PC机和NC之间的通讯,其可以使用查询方式或中断方式。双口RAM通讯则是采用一种特殊的存储器,该存储器具有两个端口可以分别跟PC机和NC的CPU相连,两个CPU可互不干扰地对其进行读写操作,采用这种通讯方式能明显提高数据交换速度。

  为了使通讯系统不依赖于具体的通讯机制,对上述的通讯方式进行抽象,得出一致的应用程序接口。

  确保用户只需访问该应用程序接口而不必关心底层的通讯机制就能建立起所需的通讯。描述了该通讯系统。

  应用软件的编制采用COM组件技术。COM组件实际上是一些小的二进制可执行程序,它能为应用程序、系统程序以及其他的COM组件提供服务。通过标准的COM组件接口可访问COM组件对象,并将它们互相连接起来组合成一个完整的应用程序。

  利用COM组件架构应用程序具有一系列的优点:应用程序的定制,通过替换具有相同COM组件接口的COM组件对象,实现不同的应用功能。

  应用程序的快速架构,从组件库中选出所需的组件,并将其快速组装架构所需的应用程序,缩短了应用程序开发周期。

  应用程序的动态架构,无需重新编译就可以动态地卸下或替换掉相应组件,动态改变应用程序功能。

  可见COM组件技术非常适合于开发开放式数控应用系统。

  根据数控系统的不同功能进行模块的划分,如可划分为逻辑控制、运动控制、动态仿真、人机接口等模块。之后利用COM组件技术及相应的数控内核API包装这些模块,由此各个模块具有统一的COM组件接口,从而不同的供应商的数控应用模块能够进行互换。使用户定制成为可能。

  24系统配置软件将零散的各个COM组件组合成满足用户要求的数控应用系统由系统配置软件实现。系统配置软件能根据用户的选择,实例化在COM组件库中的COM组件,并将其连接组合,装配成具有特定功能的应用系统。当用户的需求发生变化时,可通过系统配置软件更换相应的COM组件或增加一些所需功能的COM组件以适应需求的变化。

  3实例研究本文开发了一个NC嵌入PC型开放式数控应用系统的人机界面一操作面板。该实例的应用平台采用了美国DELTATAU公司的开放式运动控制卡MWIPMAC,MWI―PMAC能同时控制两根轴,具有很强的运动控制和逻辑控制能力,它插在微机的ISA总线接口槽中。系统还使用了二个全数字化交流伺服驱动器(MR―2)和交流伺服电机。外加一个数控接口机箱,内部配有I/O接口和模拟量输出/反馈接口端子板。微机上的操作系统为Wiodows95,采用DELPHI作为开发语言。整个平台系统的结构如所示。

  操作面板应用系统平台结构框图所开发的人机界面应用系统提供给用户一个操作的接口,用户通过鼠标的点击来完成相应的操作。所实现的功能模块有编程、自动加工、手动操作及运动轨迹描绘等。该应用系统的整体框架如所示。

  I编程自动加工I丨手动操作丨I轨迹描铨I操作面板用户界面应用系统的整体框架3.1通讯模块通讯模块是微机与PMAC运动控制卡之间进行信息交互的必要模块,它实现了基于查询方式的总线通讯和双口RAM通讯。在这里较具体地对双口RAM通讯进行论述。在PMAC运动控制卡上有一个双口RAM,微机和PMAC运动控制卡可以共享这个双口RAM.为了使用双口RAM,在微机上选择了16K没有被占用的存储空间,并且将该存储空间的起始地址设置为双口RAM在微机上的起始地址。然后将起始地址的段地址写到PMAC运动控制卡的X存储空间中地址值为786和787的存储器中,PMAC运动控制卡就能使用这两个存储器来确定双口RAM的地址,从而实现双口RAM通讯。

  3.2编程模块编程模块提供给用户一个图形化的界面,用户可以借此方便快捷地进行数控程序的编制。主要具有插入、删除、修改数控程序的功能。

  3.3手动操作模块手动操作模块中实现了回零、增量进给等功能,它们的实现主要通过使用PMAC的在线命令。将相应的在线命令通过总线通讯发给PMAC,PMAC接到命令并执行。

  3.4自动加工模块自动加工模块的实现相对简单通过启动存储在PMAC板上的运动程序就可以了。但是必须实时地采集运动轴的位置和速度,并对其加以显示。

  3.4轨迹描绘模块刀具轨迹描绘功能采用的实现方法是利用PMAC强大的逻辑控制能力,在PMAC板上运行PLC程序,实时地读取当前的刀具位置信息,然后将该刀具位置信息用曲线动态地画出来,从而在屏幕上能形象地观察到刀具轨迹的变化过程。刀具轨迹的描绘使用了DELPHI的一个控件PAINTBOX,在运动程序运行0寸,PMAC有PLC程序读取当前的位置信息,将该信息存放到双口RAM中,微机通过TIMER控件读双口RAM,获得上述位置信息后,在PAINTBOX控件上画出刀具当前位置的象素点,这样就实现了刀具轨迹的动态描绘。

  是该人机界面应用系统的窗口。

  (下转第37页)出经过布尔运算得到插件与被插件的实体模型图,然后将计算得到的相贯线用不同颜色再绘制在此理论参照物上,通过对比很好地检验了计算所得相贯线与实体模型中的相贯线是否吻合,也即检验了数字模型的正确性,见相贯线验证。3NC指令生成NC指令生成模块的作用是生成对应数控机床的数控指令及其机床调整文件、机床调整文件包含了管件设计参数、下料尺寸、加工过程中需调整的工艺参数及对刀位置等。该文件打印出后交数控操作人员用,数控指令文件由软盘或RS232C通讯传输给数控机床。本系统一次生成四个数据文件:插件数控程序文件及机床调整文件,被插件数控程序文件及机床调整文件。

  3.4加工模拟加工模拟是通过反向模拟来实现,即通过读取上一步所生成的数控程序及机床调整文件来进行。通过加工模拟有效地验证了将来加工过程,确保了加工工件的正确。该系统加工模拟的思想是模拟实验切割过程的机理,实现加工中所有管件切割过程(火焰、等离子弧、激光)其实质都是先形成孔洞,机床按指定轨迹移动使孔洞连续而形成很窄的切缝。加工模拟正是利用这一点来进行的。首先读取数控程序文件及机床调整文件,自动绘制切割头及管件毛还,然后根据对刀位置尺寸让切割头自动进入对刀点,随后先在对刀点处控制MDT命令在管件上打一孔(洞)再通过程序循环读取,得到指令数据让管件旋转度,切割头移动AX,AZ即到下一切割点处,再打一孔,如此循环。由于步距较小,且无插补运动并形成了连续切割,完成了整个模拟加工过程。

  为了表明此过程,绘出了步距较大时的加工模拟过程图。

  4结束语管件相贯线的数控切割关键是要建立与数控切割原理相对应的数控切割相贯线的数学模型。本文结合工厂实际情况,为管件类相贯线数控加工提供了完整的解决方案,所开发的图形交互式自动编程系统使编程人员摆脱了复杂的数学处理。该系统具有直观明了,形象生动,使用方便、操作简单等特点,极大地方便了编程人员与操作人员,有很强的实用价值和推广价值。另外本文算法稍加改进同样适用于管件类钣金展开CAD及展开件数控切割程序的生成。

CncProduct.Com(编辑:小朱)
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