一種多平臺(tái)數(shù)控仿真器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種多平臺(tái)數(shù)控仿真器，其主要技術(shù)特點(diǎn)是：包括PLC板和NC板，PLC板由ARM?M3主板、機(jī)床操作面板、數(shù)控操作面板、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、手輪、EEPROM構(gòu)成；NC板由ARM?A53主板、PCL運(yùn)動(dòng)控制板、觸摸屏、SD卡、SRAM、伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器構(gòu)成，ARM?53主板通過(guò)USB接口與ARM?M3主板相連接，ARM?53主板通過(guò)CAN總線與PCL運(yùn)動(dòng)控制板相連接，PCL運(yùn)動(dòng)控制板分別與伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器相連接。本發(fā)明能夠在保證用戶操作真實(shí)體驗(yàn)的同時(shí)，增加了系統(tǒng)的交互性和靈活性，使整個(gè)數(shù)控加工過(guò)程更加直觀和透明，解決現(xiàn)有數(shù)控仿真產(chǎn)品存在的針對(duì)性不強(qiáng)、真實(shí)感不足、培訓(xùn)功能單一、培訓(xùn)資源浪費(fèi)等問(wèn)題，大大降低了投入成本，具有廣闊的市場(chǎng)和應(yīng)用前景。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種多平臺(tái)數(shù)控仿真器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)控仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種多平臺(tái)數(shù)控仿真器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)在各行各業(yè)、尤其是精加工行業(yè)取得了廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)也取得了重大的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的使用更推動(dòng)了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床是以CNC為核心，綜合了精密的機(jī)械、電子、電力拖動(dòng)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)、傳感器等技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)通用制造設(shè)備。數(shù)控仿真系統(tǒng)是建立在實(shí)際數(shù)控操作基礎(chǔ)之上，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真的系統(tǒng)，在數(shù)控教學(xué)領(lǐng)域有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?shù)控教學(xué)大致包括一般數(shù)控知識(shí)的教學(xué)和實(shí)際操作技能的培訓(xùn)兩部分，相應(yīng)的培訓(xùn)除了必要的理論講解，大部分工作是在數(shù)控設(shè)備上的實(shí)際操作訓(xùn)練。而數(shù)控設(shè)備價(jià)格昂貴，培訓(xùn)者的誤操作還可能會(huì)危及機(jī)床設(shè)備甚至操作者自身的安全。因此，數(shù)控先期教學(xué)不適合在實(shí)際設(shè)備上進(jìn)行。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、圖形圖像處理及虛擬加工技術(shù)的發(fā)展，建立一個(gè)經(jīng)濟(jì)、高效、快捷、通用的數(shù)控加工教學(xué)平臺(tái)已經(jīng)成為可能。在這個(gè)數(shù)控加工教學(xué)平臺(tái)上，操作者能夠在生動(dòng)、直觀的動(dòng)畫(huà)環(huán)境下，數(shù)控編程、手工操作、試對(duì)刀和數(shù)控加工，猶如在操作一臺(tái)真正的數(shù)控機(jī)床。
[0003]然而，由于數(shù)控系統(tǒng)廠家眾多，系統(tǒng)多種多樣，指令格式和操作模式各不相同，迫切的需要一種能用單一設(shè)備實(shí)現(xiàn)各種數(shù)控系統(tǒng)仿真的途徑。以數(shù)控職業(yè)技能培訓(xùn)為例，一個(gè)學(xué)校如果要培訓(xùn)不同的數(shù)控系統(tǒng)就需要購(gòu)置不同數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床設(shè)備，而這些設(shè)備價(jià)格昂貴，需要巨大的前期投入，極大的提高了教學(xué)成本，造成了教學(xué)資源的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、適用范圍廣泛且節(jié)約資源的多平臺(tái)數(shù)控仿真器。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種多平臺(tái)數(shù)控仿真器，包括PLC板和NC板，所述PLC板由ARM-M3主板、機(jī)床操作面板、數(shù)控操作面板、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、手輪、EEPROM構(gòu)成，所述ARM-M3主板分別與機(jī)床操作面板、數(shù)控操作面板、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、手輪、EEPROM及上位機(jī)相連接;所述NC板由ARM-A53主板、PCL運(yùn)動(dòng)控制板、觸摸屏、SD卡、SRAM、伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器構(gòu)成，ARM-53主板通過(guò)HDMI接口與觸摸屏相連接，ARM-53主板通過(guò)I/O接口與SD卡、SRAM相連接，ARM-53主板通過(guò)USB接口與ARM-M3主板相連接，ARM-53主板通過(guò)CAN總線與PCL運(yùn)動(dòng)控制板相連接，所述PCL運(yùn)動(dòng)控制板分別與伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器相連接。
[0007]所述ARM-M3主板包括ARM-M3控制器、輸入端口電路及其光耦隔離電路、輸出端口電路及其光耦隔離電路、手輪端口電路及其正交編碼器輸入電路、矩陣掃描陣列、AD電路、DA電路、隔離I/O電路;所述ARM-M3控制器通過(guò)輸入端口電路及其光耦隔離電路與輸入設(shè)備相連接，所述ARM-M3控制器通過(guò)輸出端口電路及其光耦隔離電路與輸出設(shè)備相連接，所述ARM-M3控制器通過(guò)手輪端口電路及其正交編碼器輸入電路與手輪相連接，所述ARM-M3控制器通過(guò)矩陣掃描陣列與數(shù)控操作面板相連接，所述ARM-M3控制器通過(guò)AD電路、DA電路及隔離I/O電路與機(jī)床操作面板相連接，所述ARM-M3控制器通過(guò)USB接口與上位PC機(jī)相連接，所述ARM-M3控制器與EEPROM相連接。
[0008]所述輸入設(shè)備包括急停開(kāi)關(guān)、波段開(kāi)關(guān)和開(kāi)關(guān)按鈕;輸出設(shè)備包括指示燈及數(shù)碼管。
[0009]所述PCL運(yùn)動(dòng)控制板包括PCL6045B運(yùn)動(dòng)控制芯片、正交編碼器輸出電路、方向控制電路、正交編碼器輸入電路、限位開(kāi)關(guān)輸入電路、CAN接口電路、AD電路、DA電路、隔離I/O電路;該P(yáng)CL6045B運(yùn)動(dòng)控制芯片通過(guò)多組正交編碼器輸出電路和方向控制電路與多個(gè)伺服電機(jī)相連接，PCL6045B運(yùn)動(dòng)控制芯片通過(guò)正交編碼器輸入電路與編碼器相連接，PCL6045B運(yùn)動(dòng)控制芯片通過(guò)限位輸入電路與限位開(kāi)關(guān)相連接，PCL6045B運(yùn)動(dòng)控制芯片通過(guò)通過(guò)CAN接口電路與ARM-A53主板相連接，PCL6045B運(yùn)動(dòng)控制芯片通過(guò)AD電路、DA電路、隔離I/O電路與變頻器相連接。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0011]1、本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，其采用高性能的單片機(jī)處理器和控制電路板為核心構(gòu)建，操作面板的獨(dú)立性高，易于更換，通過(guò)對(duì)操作面板的更換可以實(shí)現(xiàn)單一硬件平臺(tái)下對(duì)多種不同類(lèi)型數(shù)控系統(tǒng)操作方式的模擬，還可以虛擬數(shù)控仿真平臺(tái)相連接，以實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的仿真模式。本多平臺(tái)數(shù)控仿真器在保證用戶操作真實(shí)體驗(yàn)的同時(shí)，增加了系統(tǒng)的交互性和靈活性，使整個(gè)數(shù)控加工過(guò)程更加直觀和透明，能夠幫助使用者更好的了解整個(gè)數(shù)控加工的過(guò)程，解決現(xiàn)有數(shù)控仿真產(chǎn)品存在的針對(duì)性不強(qiáng)，真實(shí)感不足、培訓(xùn)功能單一、培訓(xùn)資源浪費(fèi)等問(wèn)題。
[0012]2、本多平臺(tái)數(shù)控仿真器能夠在同一硬件環(huán)境下，通過(guò)改變功能映射，實(shí)現(xiàn)多種不同類(lèi)型數(shù)控系統(tǒng)的仿真，如FANUC、SMEMS和華中等加工中心和數(shù)控車(chē)的數(shù)控系統(tǒng)，通過(guò)一機(jī)多用，大大降低了投入成本，避免了硬件資源的重復(fù)配置和浪費(fèi)，具有廣闊的市場(chǎng)和應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的電路方框圖；
[0014]圖2為本發(fā)明的ARM-M3主板的電路方框圖；
[0015]圖3為本發(fā)明的PCL運(yùn)動(dòng)控制板的電路方框圖；
[0016]圖4為本發(fā)明的軟硬件控制原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述:
[0018]一種多平臺(tái)數(shù)控仿真器，如圖1所示，包括PLC板和NC板，所述PLC板由ARM-M3主板、機(jī)床操作面板、數(shù)控操作面板、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、手輪、EEPROM構(gòu)成，所述ARM-M3主板分別與機(jī)床操作面板、數(shù)控操作面板、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、手輪、EEPROM及上位機(jī)相連接，該ARM-M3主板通過(guò)USB接口與NC板相連接進(jìn)行通訊，該ARM-M3主板通過(guò)USB接口與上位機(jī)相連接。所述NC板由ARM-A53主板、PCL運(yùn)動(dòng)控制板、觸摸屏、SD卡、SRAM、伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器構(gòu)成，ARM-53主板通過(guò)HDMI接口與觸摸屏相連接，ARM-53主板通過(guò)I/O接口與SD卡、SRAM相連接，ARM-53主板通過(guò)USB接口與PLC板的ARM-M3相連接，ARM-53主板通過(guò)CAN總線與PCL運(yùn)動(dòng)控制板相連接，所述PCL運(yùn)動(dòng)控制板分別與伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器、編碼器及限位開(kāi)關(guān)相連接。下面對(duì)各個(gè)組成部分分別進(jìn)行說(shuō)明:
[0019]如圖2所示，所述ARM-M3主板包括ARM-M3控制器、輸入端口電路及其光耦隔離電路、輸出端口電路及其光耦隔離電路、手輪端口電路及其正交編碼器輸入電路、矩陣掃描陣列、AD電路、DA電路、隔離I/O電路。ARM-M3控制器通過(guò)輸入端口電路及其光耦隔離電路與輸入設(shè)備相連接，上述輸入設(shè)備包括急停開(kāi)關(guān)、波段開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)按鈕等;ARM-M3控制器通過(guò)輸出端口電路及其光耦隔離電路與輸出設(shè)備相連接，上述輸出設(shè)備包括指示燈及數(shù)碼管等。ARM-M3控制器通過(guò)手輪端口電路及其正交編碼器輸入電路與手輪相連接，ARM-M3控制器通過(guò)矩陣掃描陣列與數(shù)控操作面板相連接，ARM-M3控制器通過(guò)AD電路、DA電路及隔離I/O電路與機(jī)床操作面板相連接。數(shù)控操作面板、機(jī)床操作面板均為可更換部件，通過(guò)更換操作面板可以實(shí)現(xiàn)不同數(shù)控系統(tǒng)的功能轉(zhuǎn)換。例如，將FANUC系統(tǒng)加工中心的操作面板更換為FANUC系統(tǒng)數(shù)控車(chē)的操作面板，然后調(diào)用FANUC系統(tǒng)數(shù)控車(chē)的功能軟件，即可實(shí)現(xiàn)由FANUC系統(tǒng)加工中心仿真向FANUC系統(tǒng)數(shù)控車(chē)仿真的轉(zhuǎn)換;將FANUC系統(tǒng)數(shù)控車(chē)的操作面板更換為華中數(shù)控車(chē)的操作面板，然后調(diào)用華中數(shù)控車(chē)的功能軟件，即可實(shí)現(xiàn)由FANUC系統(tǒng)數(shù)控車(chē)仿真向華中數(shù)控車(chē)仿真的轉(zhuǎn)換。
[0020]如圖3所示，所述PCL運(yùn)動(dòng)控制板包括PCL6045B運(yùn)動(dòng)控制芯片、正交編碼器輸出電路、方向控制電路、正交編碼器輸入電路、限位開(kāi)關(guān)輸入電路、CAN接口電路、AD電路、DA電路、隔離I/O電路;該P(yáng)CL6045B運(yùn)動(dòng)控制芯片通過(guò)多組正交編碼器輸出電路和方向控制電路與多個(gè)伺服電機(jī)相連接，PCL6045B運(yùn)動(dòng)控制芯片通過(guò)正交編碼器輸入電路與編碼器相連接，PCL6045B運(yùn)動(dòng)控制芯片通過(guò)限位輸入電路與限位開(kāi)關(guān)相連接，PCL6045B運(yùn)動(dòng)控制芯片通過(guò)通過(guò)CAN接口電路與ARM-A53主板相連接，PCL6045B運(yùn)動(dòng)控制芯片通過(guò)AD電路、DA電路、隔離I/O電路與變頻器相連接。本實(shí)施例采用的PCL6045BL運(yùn)動(dòng)控制芯片是日本NPM公司設(shè)計(jì)的一款功能最強(qiáng)大的專(zhuān)用DSP運(yùn)動(dòng)控制芯片。PCL6045BL是一種通過(guò)總線接收CPU命令并產(chǎn)生脈沖來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)或脈沖驅(qū)動(dòng)型伺服電機(jī)的CMOS大規(guī)模集成電路。該芯片可提供多種脈沖輸出控制功能，包括勻速、線形或S曲線加速、減速、連續(xù)、定長(zhǎng)、回原點(diǎn)等輸出方式。PCL6045BL可控制多達(dá)4軸的運(yùn)動(dòng)，包括2至4軸線形插補(bǔ)以及任意兩軸的圓弧插補(bǔ)。該芯片還提供一些引腳，用于對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、多種條件下中斷信號(hào)輸出，以及控制伺服驅(qū)動(dòng)器所需要的功能接口，使得(PU通過(guò)簡(jiǎn)單的命令便可實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)控制。
[0021]在本實(shí)施例中，ARM-A53主板采用ARM Cortex_A531.2GHz四核處理器的BroadcomBCM2837SoC，可提供802.11b/g/n無(wú)線LAN、常規(guī)藍(lán)牙和低功耗藍(lán)牙的BCM43438組合連接設(shè)備。BCM2837內(nèi)建雙核VideoCore IV多媒體協(xié)同處理器，可提供以下功能:1.2Gpixels/s像素填充率，1.8Gtexel/s紋理處理率；29GFL0P著色運(yùn)算吞吐量；支持OpenGL ES 1.1/2.0；1080p60硬件視頻解碼；1080p30硬件視頻解碼;硬件圖像傳感器管芯。主板操作系統(tǒng)安裝程序捆綁了各種效率的應(yīng)用程序，以及包括Node-RED在內(nèi)的編程工具，這一可視化工具為硬件設(shè)備、API和在線服務(wù)的聯(lián)網(wǎng)提供支持，從而使得該主板非常適合物理聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的快速開(kāi)發(fā)和原型設(shè)計(jì)。主板上載有豐富的40針GP1 (通用輸入輸出接口)接頭；四個(gè)USB連接端口 ；全高清HDMI; 10/100以太網(wǎng)；3.5mm音頻插孔和復(fù)合視頻;攝像頭(CS1-2)和顯示屏(DSI)接口 ；以及micro-SD卡插槽。主機(jī)板通過(guò)micro-USB插孔供電并需要使用外部插入式電源裝置(PSU)0
[0022]本多平臺(tái)數(shù)控仿真器內(nèi)安裝有多平臺(tái)數(shù)控仿真軟件，如圖4所示，該多平臺(tái)數(shù)控仿真軟件包括數(shù)控仿真系統(tǒng)操作界面、數(shù)控系統(tǒng)動(dòng)態(tài)建模、系統(tǒng)參數(shù)區(qū)、功能映射配置描述、虛擬NC層及虛擬PLC層模塊，該數(shù)控仿真系統(tǒng)操作界面用以模擬對(duì)數(shù)控機(jī)床的操控，該數(shù)控系統(tǒng)動(dòng)態(tài)建模用于實(shí)現(xiàn)功能組件的動(dòng)態(tài)調(diào)用、擴(kuò)展和維護(hù)功能，該功能映射配置描述作為一個(gè)配置描述文件，定義了系統(tǒng)的具體工作模式，該虛擬NC層是不同NC模塊的接口層以兼容不同的NC模塊，虛擬PLC層是不同PLC模塊的接口層以兼容不同的PLC模塊，NC模塊和PLC模塊通過(guò)系統(tǒng)參數(shù)區(qū)交換數(shù)據(jù)。
[0023]本多平臺(tái)數(shù)控仿真器通過(guò)ARM-M3控制器與上位PC機(jī)進(jìn)行通訊，可以實(shí)時(shí)顯示數(shù)控系統(tǒng)的操作數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，并可接收上位PC機(jī)下行指令，更新仿真器的系統(tǒng)狀態(tài)。仿真器操作信號(hào)的傳送過(guò)程為:操作面板等操作元件的輸入信號(hào)上行傳送，其過(guò)程為操作元件操作，ARM-M3控制器掃描操作狀態(tài)，按統(tǒng)一的通訊協(xié)議封裝操作數(shù)據(jù)，經(jīng)外部串行接口傳輸?shù)絇C端，下行信號(hào)傳輸過(guò)程與上行信號(hào)相反。
[0024]需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實(shí)施例是說(shuō)明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包括并不限于【具體實(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多平臺(tái)數(shù)控仿真器，其特征在于:包括PLC板和NC板，所述PLC板由ARM-M3主板、機(jī)床操作面板、數(shù)控操作面板、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、手輪、EEPROM構(gòu)成，所述ARM-M3主板分別與機(jī)床操作面板、數(shù)控操作面板、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、手輪、EEPROM及上位機(jī)相連接;所述NC板由ARM-A53主板、PCL運(yùn)動(dòng)控制板、觸摸屏、SD卡、SRAM、伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器構(gòu)成，ARM-53主板通過(guò)HDMI接口與觸摸屏相連接，ARM-53主板通過(guò)I/O接口與SD卡、SRAM相連接，ARM-53主板通過(guò)USB接口與ARM-M3主板相連接，ARM-53主板通過(guò)CAN總線與PCL運(yùn)動(dòng)控制板相連接，所述PCL運(yùn)動(dòng)控制板分別與伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多平臺(tái)數(shù)控仿真器，其特征在于:所述ARM-M3主板包括ARM-M3控制器、輸入端口電路及其光耦隔離電路、輸出端口電路及其光耦隔離電路、手輪端口電路及其正交編碼器輸入電路、矩陣掃描陣列、AD電路、DA電路、隔離I/O電路;所述ARM-M3控制器通過(guò)輸入端口電路及其光耦隔離電路與輸入設(shè)備相連接，所述ARM-M3控制器通過(guò)輸出端口電路及其光耦隔離電路與輸出設(shè)備相連接，所述ARM-M3控制器通過(guò)手輪端口電路及其正交編碼器輸入電路與手輪相連接，所述ARM-M3控制器通過(guò)矩陣掃描陣列與數(shù)控操作面板相連接，所述ARM-M3控制器通過(guò)AD電路、DA電路及隔離I/O電路與機(jī)床操作面板相連接，所述ARM-M3控制器通過(guò)USB接口與上位PC機(jī)相連接，所述ARM-M3控制器與EEPROM相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多平臺(tái)數(shù)控仿真器，其特征在于:所述輸入設(shè)備包括急停開(kāi)關(guān)、波段開(kāi)關(guān)和開(kāi)關(guān)按鈕;輸出設(shè)備包括指示燈及數(shù)碼管。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多平臺(tái)數(shù)控仿真器，其特征在于:所述PCL運(yùn)動(dòng)控制板包括PCL6045B運(yùn)動(dòng)控制芯片、正交編碼器輸出電路、方向控制電路、正交編碼器輸入電路、限位開(kāi)關(guān)輸入電路、CAN接口電路、AD電路、DA電路、隔離I/0電路;該P(yáng)CL6045B運(yùn)動(dòng)控制芯片通過(guò)多組正交編碼器輸出電路和方向控制電路與多個(gè)伺服電機(jī)相連接，PCL6045B運(yùn)動(dòng)控制芯片通過(guò)正交編碼器輸入電路與編碼器相連接，PCL6045B運(yùn)動(dòng)控制芯片通過(guò)限位輸入電路與限位開(kāi)關(guān)相連接，PCL6045B運(yùn)動(dòng)控制芯片通過(guò)通過(guò)CAN接口電路與ARM-A53主板相連接，PCL6045B運(yùn)動(dòng)控制芯片通過(guò)AD電路、DA電路、隔離I/O電路與變頻器相連接。
【文檔編號(hào)】G09B25/02GK105938678SQ201610521621
【公開(kāi)日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年7月5日
【發(fā)明人】周彧, 岳維亮, 唐山明, 韓光正
【申請(qǐng)人】天津領(lǐng)智科技有限公司