專(zhuān)利名稱(chēng)：分布式開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)控領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種分布式開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的 數(shù)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，主要有以下幾種
1. 封閉式數(shù)控系統(tǒng)。采用專(zhuān)用芯片，必須使用專(zhuān)門(mén)的開(kāi)發(fā)工具，功
能擴(kuò)展、改變和維修困難。這類(lèi)系統(tǒng)主要有FANUC 0系列、三菱 (MITSUBISHI) M50、西門(mén)子(Siemens) 810。
2. "PC嵌入NC"結(jié)構(gòu)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)制造商不愿放棄 多年來(lái)積累的數(shù)控硬件和軟件技術(shù)，又想利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源而開(kāi) 發(fā)的產(chǎn)品。因此，在現(xiàn)有封閉式數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加一臺(tái)PC機(jī)，用 于數(shù)控系統(tǒng)的顯示、編輯、文件管理等。這種系統(tǒng)具有一定的開(kāi)放性，但 由于其N(xiāo)C部分的體系結(jié)構(gòu)不開(kāi)放，用戶(hù)無(wú)法介入系統(tǒng)核心。這類(lèi)系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)復(fù)雜、功能強(qiáng)大，價(jià)格昂貴。如FANUC16i、 18i、 21i系統(tǒng)、Siemens 840D 系統(tǒng)、Numl060系統(tǒng)。
3. "NC嵌入PC"結(jié)構(gòu)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。該數(shù)控系統(tǒng)是PC+運(yùn)動(dòng) 控制卡的結(jié)構(gòu)。通常采用高速DSP作為CPU，具有很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制和PLC 控制能力，并且可單獨(dú)使用。開(kāi)放的函數(shù)庫(kù)供用戶(hù)在WINDOWS平臺(tái)下 自行開(kāi)發(fā)構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。如美國(guó)Delta Tau公司用PMAC多軸運(yùn)動(dòng) 控制卡構(gòu)造的PMAC-NC數(shù)控系統(tǒng)、日本MAZAK公司用三菱電機(jī)的 MELDASMAGIC 64構(gòu)造的MAZATROL 640 CNC等。
4. 全軟件型開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)
采用單個(gè)PC， CNC軟件全部裝在PC機(jī)中，硬件部分僅是計(jì)算機(jī)與 伺服驅(qū)動(dòng)和外部I/O之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口 。這種他提供給用戶(hù)最大的選 擇和靈活性。用戶(hù)可利用開(kāi)放的CNC內(nèi)核，開(kāi)發(fā)所需能，構(gòu)成各種類(lèi)型 的數(shù)控系統(tǒng)。其典型產(chǎn)品有美國(guó)MDSI公司的OpenCNC、德國(guó)Power Automation公司的PA8000 NT和HEIDENHAIN iTNC 530。
但是，這些結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)如第一種和第二種開(kāi)放性不夠，第三種和 第四種性能難以提高。特別是數(shù)控系統(tǒng)的PLC運(yùn)算，需要占用大量的CPU 資源，因而降低了系統(tǒng)性能，而某些系統(tǒng)采用獨(dú)立的PLC，則增加了系統(tǒng) 成本及復(fù)雜性?，F(xiàn)代開(kāi)放式高性能數(shù)控系統(tǒng)軟件通常比較復(fù)雜，需要有高 性能的硬件平臺(tái)作為基礎(chǔ)，隨著數(shù)控系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提高，單CPU結(jié) 構(gòu)的系統(tǒng)已很難滿(mǎn)足這種需求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的存在的開(kāi)放性、性能等問(wèn)題，本發(fā)明提出了-種分布式開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，由多功能接口板的第二現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén) 陣列完成PLC的運(yùn)算，從而增加了系統(tǒng)的靈活性、提高了PLC的響應(yīng)速 度，減小系統(tǒng)的插補(bǔ)周期，由此提高了數(shù)控系統(tǒng)的性能。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了 一種分布式開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系 統(tǒng)，包括
第 -工業(yè)PC機(jī)，用于數(shù)控系統(tǒng)加工程序和PLC程序的輸入、編輯、 顯示及程序管理，以及將所述數(shù)控系統(tǒng)PLC程序編輯后，生成并發(fā)送PLC 梯形圖或C語(yǔ)言程序；
第二工業(yè)PC機(jī)，通過(guò)以太網(wǎng)與所述第一工業(yè)PC機(jī)連接，用于處理 數(shù)控系統(tǒng)(加工)程序的譯碼、刀具補(bǔ)償、速度處理、插補(bǔ)和位置控制處 理以及接收PLC梯形圖或C語(yǔ)言程序；
多功能接口板，與所述第二工業(yè)PC機(jī)連接，用于運(yùn)行所述PLC梯形 圖或C語(yǔ)言程序、開(kāi)關(guān)量的輸入/輸出，以及模擬量、脈沖量或數(shù)字量信
號(hào)的傳輸。
所述多功能接口板與所述第二工業(yè)PC機(jī)是通過(guò)PC104總線或PCI
總線連接。
所述多功能接口板包括
第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，其內(nèi)部的雙端口存儲(chǔ)器作為所述第二工業(yè) PC機(jī)和第二現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列的數(shù)據(jù)傳輸通道，也可以作為插補(bǔ)和PLC 運(yùn)算結(jié)果的輸出緩沖單元，還可以作為與伺服驅(qū)動(dòng)器的接口；
RAM存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)所述PLC梯形圖或C語(yǔ)言程序；
第二現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，與所述第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列交互，用于生 成NIOS系統(tǒng)，并作為主軸、手操盒、數(shù)控工程面板及輸入、輸出接口， 并且所述NIOS系統(tǒng)運(yùn)行所述PLC梯形圖或C語(yǔ)言程序；
FLASH存儲(chǔ)器，用于存放第二現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列NIOS的系統(tǒng)程序。
所述的數(shù)控系統(tǒng)還包括
伺服驅(qū)動(dòng)器接口 ，與所述第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列接口 ； 采用模擬電壓輸出接口的伺服驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器接口與所述第 一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列通信，用于接收第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列通過(guò)D/A轉(zhuǎn) 換器輸出的各個(gè)軸的速度信號(hào)，并且進(jìn)一步地，所述第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣 列讀取伺服電機(jī)的位置和速度信號(hào)，交由所述第二工業(yè)PC機(jī)進(jìn)行處理。 所述的數(shù)控系統(tǒng)還包括
伺服驅(qū)動(dòng)器接口 ，與所述第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列接口 ； 伺服驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器接口與所述第 一 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列通 信，用于接收各個(gè)軸的速度信號(hào)轉(zhuǎn)換成與軸運(yùn)動(dòng)速度成正比的脈沖和方向 信號(hào)，并且進(jìn)一歩地，所述第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列讀取伺服電機(jī)的位置和 速度信號(hào)，交由所述第二工業(yè)PC機(jī)進(jìn)行處理。 所述的數(shù)控系統(tǒng)還包括
伺服驅(qū)動(dòng)器接口，與所述第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列接口，并與實(shí)時(shí)以太 網(wǎng)交換機(jī)接口 ，實(shí)時(shí)以太網(wǎng)交換機(jī)與星形以太網(wǎng)總線接口 ；
各伺服驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)星形以太網(wǎng)總線接口與所述第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣 列通信，用于接收各個(gè)軸的速度信號(hào)及所述第二現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列的PLC 邏輯運(yùn)算結(jié)果，并且所述第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列通過(guò)以太網(wǎng)環(huán)形總線讀取 伺服電機(jī)的位置信號(hào)和1/0接口單元的輸入信號(hào)，交由所述第二計(jì)算機(jī)進(jìn) 行處理。
所述的數(shù)控系統(tǒng)還包括
伺服驅(qū)動(dòng)器接口，與所述第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列接口，并與環(huán)形以太 網(wǎng)總線接口；
各伺服驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)環(huán)形以太網(wǎng)總線接口與所述第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣
列通信，用于接收各個(gè)軸的速度信號(hào)及所述第二現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列的PLC
邏輯運(yùn)算結(jié)果，并且所述第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列通過(guò)以太網(wǎng)環(huán)形總線讀取
伺服電機(jī)的位置信號(hào)和1/0接口單元的輸入信號(hào)，交由所述第二計(jì)算機(jī)進(jìn) 行處理。
因此，本發(fā)明提出了一種分布式開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，使得系統(tǒng) 的硬件安裝靈活，軟件功能分配合理，更容易滿(mǎn)足開(kāi)放性的要求。特別是 將PLC的運(yùn)算放到多功能板的FPGA2來(lái)完成， 一方面增加了系統(tǒng)的靈活 性、提高了 PLC的響應(yīng)速度，另一方面又可以減小系統(tǒng)的插補(bǔ)周期，因 而提高了數(shù)控系統(tǒng)的性能。


圖1為本發(fā)明分布式開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2所示是分布式開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)外接模擬量接口伺服拓 撲結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3所示是分布式開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)外接脈沖量接口伺服拓 撲結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是分布式開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)星形以太網(wǎng)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是分布式開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)環(huán)形以太網(wǎng)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示為本發(fā)明分布式開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
所示分布式開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)包括第一工業(yè)PC機(jī)101，用于數(shù)控 系統(tǒng)加工程序和PLC程序的輸入、編輯、顯示及程序管理，以及將所述 數(shù)控系統(tǒng)PLC程序編輯后，生成并發(fā)送PLC梯形圖或C語(yǔ)言程序；第二 工業(yè)PC機(jī)102，通過(guò)以太網(wǎng)100與所述第一工業(yè)PC機(jī)101連接，用于 處理數(shù)控系統(tǒng)(加工)程序的譯碼、刀具補(bǔ)償、速度處理、插補(bǔ)和位置控 制處理以及接收PLC梯形圖或C語(yǔ)言程序；多功能接口板103，與所述 第二工業(yè)PC機(jī)102連接，用于運(yùn)行所述PLC梯形圖或C語(yǔ)言程序、開(kāi) 關(guān)量的輸入/輸出，以及模擬量、脈沖量或數(shù)字量信號(hào)的傳輸。
該數(shù)控系統(tǒng)由三大模塊組成第一工業(yè)PC機(jī)101(即稱(chēng)之為上位機(jī))、 第二工業(yè)PC機(jī)102 (即下位機(jī))和多功能接口板103。上位機(jī)是一臺(tái)高 性能的X86體系結(jié)構(gòu)的工業(yè)PC, CPU主頻600M以上，內(nèi)存256M以上， 運(yùn)行WinCE或其它Windows操作系統(tǒng)，外接顯示器10、鍵盤(pán)20、 CF卡 等存貯介質(zhì)30和USB設(shè)備40。
下位機(jī)也是一臺(tái)高性能的X86體系結(jié)構(gòu)的工業(yè)PC， CPU主頻300M 以上，內(nèi)存256M以上，運(yùn)行DOS、 Linux、 UC/OS等實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的操作 系統(tǒng)。下位機(jī)與上位機(jī)通過(guò)其自帶的以太網(wǎng)相連接。
多功能接口板103是一塊自制的板卡，它通過(guò)PC104總線或PCI總 線與下位機(jī)102連接。繼續(xù)參見(jiàn)圖1，多功能接口板103的具體結(jié)構(gòu)示意 圖。示例性的多功能接口板103包括第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA1)201， 與下位機(jī)102連接，用于與下位機(jī)和第二現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列的數(shù)據(jù)傳輸通 道、插補(bǔ)和PLC運(yùn)算結(jié)果的輸出緩沖單元以及作為與伺服驅(qū)動(dòng)器的接口； 第二現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA2) 202，與FPGA1交互，用于生成NIOS
系統(tǒng)，并作為主軸50、手操盒60、數(shù)控工程面板70及輸入、輸出80的 接口，并且所述NIOS系統(tǒng)運(yùn)行所述PLC梯形圖或C語(yǔ)言程序。存儲(chǔ)器 203，具體在圖中示出為FLASH2031和RAM2032但并不限于此，用于存 放第二現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列NIOS的系統(tǒng)程序及存放所述PLC梯形圖或C 語(yǔ)言程序。FPGA2還可帶有I/O總線擴(kuò)展接口 90。而且工程面板按健信 號(hào)輸入由FPGA2中的NIOS完成，提高了鍵盤(pán)的響應(yīng)時(shí)間，使系統(tǒng)操作 更加快速便捷。
多功能接口板103與伺服驅(qū)動(dòng)器信號(hào)接口 104連接可以是模擬量、脈 沖量，也可以是總線或其它數(shù)字量形式，可以根據(jù)需要及伺服驅(qū)動(dòng)器的形 式由開(kāi)發(fā)人員選擇。通過(guò)該伺服驅(qū)動(dòng)器信號(hào)接口輸出數(shù)據(jù)的方式分兩種情 況
對(duì)于非數(shù)字量接口的數(shù)控系統(tǒng)，下位機(jī)送來(lái)的插補(bǔ)輸出命令，通過(guò)脈 沖或模擬量的方式輸出到伺服驅(qū)動(dòng)器中，同時(shí)接收伺服驅(qū)動(dòng)器送來(lái)的電機(jī) 碼盤(pán)信號(hào)，作為電機(jī)的實(shí)際位置檢測(cè)或作為電機(jī)的位置反饋控制信號(hào)。
對(duì)于數(shù)字量接口的數(shù)控系統(tǒng)，下位機(jī)送來(lái)的插補(bǔ)輸出命令以及 FPGA2送來(lái)的PLC運(yùn)算結(jié)果同時(shí)送到FPGA1內(nèi)置的雙端口RAM中，然 后打包通過(guò)總線方式輸出。
本發(fā)明分布式開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)其進(jìn) -步改進(jìn)在于上位機(jī)完成了數(shù)控系統(tǒng)PLC的編輯后，生成的PLC梯形 圖或C語(yǔ)言程序下載到多功能接口板的存貯器如RAM中，由FPGA2中 的NIOS系統(tǒng)運(yùn)行，這種方式不占用上下位機(jī)CPU的資源，比釆用獨(dú)立 的PLC價(jià)格更加低廉，且具有更好的開(kāi)放性和靈活性、集成度也更好。
除了在上述描述的上位機(jī)、下位機(jī)和多功能接口板的功能之外還包括 以下所描述的各個(gè)功能。上位機(jī)、下位機(jī)和多功能接口板的任務(wù)劃分如下 (1)上位機(jī)任務(wù)包括
程序編輯模塊。主要功能有
字符的基本編輯功能；
程序的剪切、粘貼、塊拷貝、塊刪除、行刪除、保存、另存等； 程序的刪除、拷貝等；
選擇當(dāng)前加工程序； 編輯當(dāng)前加工程序。
系統(tǒng)參數(shù)管理模塊。主要功能有
系統(tǒng)全局參數(shù)
通道參數(shù)
軸參數(shù)
PLC控制參數(shù)
幾何誤差補(bǔ)償參數(shù)(二、三維) 用戶(hù)自定義參數(shù)(溫度補(bǔ)償、力等)
刀具參數(shù)管理模塊。主要功能包括刀具參數(shù)的編輯與管理，包括刀具 半徑、刀具磨損、刀具長(zhǎng)度、刀具壽命等等。 梯形圖編輯模塊。主要功能有 梯形圖的編輯； 梯形圖的編譯； 梯形圖的下載； 梯形圖的仿真。 程序圖形模擬仿真(校驗(yàn)功能) 線框圖形的3維仿真； 加工區(qū)域定義功能。 系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視； 機(jī)床坐標(biāo)系坐標(biāo)顯示； 工件坐標(biāo)系坐標(biāo)顯示； 相對(duì)坐標(biāo)系坐標(biāo)顯示；
上述坐標(biāo)包括編程位置、實(shí)際位置、剩余進(jìn)給、補(bǔ)償值、進(jìn)給速度； 當(dāng)前加工程序顯示；
激活的G功能顯示； 激活的M功能顯示； 加工時(shí)間； 進(jìn)給速度；
主軸速度(主軸狀態(tài))； 進(jìn)給倍率和主軸倍率； 當(dāng)前執(zhí)行程序顯示； 程序號(hào)和通道號(hào)； 執(zhí)行程序行信息。 坐標(biāo)系管理 機(jī)床坐標(biāo)編輯； 工件坐標(biāo)系編輯； G53功能 相對(duì)坐標(biāo)系編輯。 系統(tǒng)歷史記錄管理 系統(tǒng)歷史記錄査看； 系統(tǒng)歷史記錄刪除。 機(jī)床狀態(tài)顯示與診斷功能 機(jī)床給定和實(shí)際位置顯示; 1/0狀態(tài)顯示； 伺服系統(tǒng)狀態(tài)顯示； 故障診斷功能。 (2)下位機(jī)任務(wù)
實(shí)現(xiàn)超前解釋?zhuān)?br> 程序的斷點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)；
回退功能
自定義關(guān)鍵字解釋功能； G代碼擴(kuò)展功能接口。
2) 刀具補(bǔ)償功能 左刀補(bǔ)功能； 右刀補(bǔ)功能； 長(zhǎng)度補(bǔ)償功能。
3) 插補(bǔ)功能 速度預(yù)處理；
直線插補(bǔ)； 圓弧插補(bǔ)； 曲線插補(bǔ)。
4) 位置控制功能 指令位置輸出； 位置反饋； 位置誤差計(jì)算。
(3)多功能模塊任務(wù) 工程面板管理； 主軸控制； PLC邏輯運(yùn)算； 輸入輸出控制；
如圖2所示是分布式開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)外接模擬量接口伺服 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。此時(shí)，多功能接口板103的伺服驅(qū)動(dòng)器信號(hào)接口為模擬 電壓型，采用模擬電壓輸出接口的伺服驅(qū)動(dòng)器302。如圖所示FPGA1將 雙口 RAM中各個(gè)軸的速度信號(hào)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器輸出到伺服驅(qū)動(dòng)器302， 同時(shí)FPGA1讀取伺服電機(jī)303的位置和速度信號(hào)，送到雙口 RAM，交由 下位機(jī)102進(jìn)行處理。
如圖3所示是分布式開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)外接脈沖量接口伺服驅(qū) 動(dòng)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。此時(shí)，多功能接口板103的伺服驅(qū)動(dòng)器信號(hào)接口為
脈沖型，采用脈沖型加方向型接口的伺服驅(qū)動(dòng)器。如圖所示FPGA1將雙 口 RAM中各個(gè)軸的速度信號(hào)轉(zhuǎn)換成與軸運(yùn)動(dòng)速度成正比的脈沖和方向信 號(hào)，輸出到伺服驅(qū)動(dòng)器302，同時(shí)讀取伺服電機(jī)303的位置和速度信號(hào)， 送到雙口 RAM,交由下位機(jī)102處理。
圖4是分布式開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)星形以太網(wǎng)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意 圖。此時(shí)，多功能接口板103的伺服驅(qū)動(dòng)器信號(hào)接口為星形以太網(wǎng)總線， 采用總線型接口的伺服驅(qū)動(dòng)器502。 FPGA1將雙口 RAM中各個(gè)軸的速度 信號(hào)及FPGA2的PLC邏輯運(yùn)算結(jié)果通過(guò)星形以太網(wǎng)總線300經(jīng)交換機(jī)控 制設(shè)備如實(shí)時(shí)以太網(wǎng)交換機(jī)200發(fā)送到各伺服驅(qū)動(dòng)器502和I/O接口單元 504中，同時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)總線讀取伺服電機(jī)503的位置信號(hào)和I/O接口單 元的輸入信號(hào)，送到雙口RAM，交由下位機(jī)102處理。
圖5是分布式開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)環(huán)形以太網(wǎng)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意 圖。此時(shí)，多功能接口板103的伺服驅(qū)動(dòng)器信號(hào)接口為環(huán)形以太網(wǎng)總線。 FPGA1將雙口 RAM中各個(gè)軸的速度信號(hào)及FPGA2的PLC邏輯運(yùn)算結(jié)果 通過(guò)以太網(wǎng)環(huán)形總線400發(fā)送到各伺服驅(qū)動(dòng)器402和PLC接口單元404 中，同時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)環(huán)形總線讀取伺服電機(jī)403的位置信號(hào)和I/0接U單 元405的輸入信號(hào)，送到雙口RAM，交由下位機(jī)處理。
因此，本發(fā)明通過(guò)上、下位機(jī)采用X86工控機(jī)自帶的以太網(wǎng)連接， 具有很好的靈活性；并且整個(gè)系統(tǒng)采用了雙CPU和雙FPGA的分布式結(jié) 構(gòu)，軟件任務(wù)分配更加合理，任務(wù)相對(duì)獨(dú)立，有利于提高開(kāi)發(fā)效率；尤 其中PLC梯形圖或C語(yǔ)言程序由FPGA2中的NIOS系統(tǒng)運(yùn)行，提高了 PLC 的掃描速度，且不占用上下位機(jī)CPU資源，可減小系統(tǒng)的插補(bǔ)周期、提 高數(shù)控系統(tǒng)性能，集成度高、價(jià)格低廉。上位機(jī)采用WINDOWS操作系 統(tǒng)，下位機(jī)可采用LINUX、 DOS或其它實(shí)時(shí)性好的操作系統(tǒng)，兼顧了開(kāi) 放性的要求；伺服驅(qū)動(dòng)器的接口信號(hào)可以是模擬量、脈沖量，也可以采
用數(shù)字量，如基于以太網(wǎng)技術(shù)的星形或環(huán)形的總線形式，開(kāi)發(fā)人員根據(jù)需 要及伺服驅(qū)動(dòng)器的形式由進(jìn)行選擇；
最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限 制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離 本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1、一種分布式開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于包括第一工業(yè)PC機(jī)，用于數(shù)控加工程序和數(shù)控系統(tǒng)PLC程序的輸入、編輯、顯示及程序管理，以及將所述數(shù)控系統(tǒng)PLC程序編輯后，生成并發(fā)送PLC梯形圖或C語(yǔ)言程序；第二工業(yè)PC機(jī)，通過(guò)以太網(wǎng)與所述第一工業(yè)PC機(jī)連接，用于處理數(shù)控加工程序的譯碼、刀具補(bǔ)償、速度處理、插補(bǔ)和位置控制處理以及接收PLC梯形圖或C語(yǔ)言程序；多功能接口板，與所述第二工業(yè)PC機(jī)連接，用于運(yùn)行所述PLC梯形圖或C語(yǔ)言程序、開(kāi)關(guān)量的輸入/輸出，以及模擬、脈沖或數(shù)字的信號(hào)傳輸。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述多功能接口板與 所述第二工業(yè)PC機(jī)是通過(guò)PC104總線或PCI總線連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述多功能接口 板包括第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，其內(nèi)部的雙端口存儲(chǔ)器作為所述第二工業(yè)PC 機(jī)和第二現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列的數(shù)據(jù)傳輸通道，也可以作為插補(bǔ)和PLC運(yùn)算 結(jié)果的輸出緩沖單元，還可以作為與伺服驅(qū)動(dòng)器的接口；RAM存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)所述PLC梯形圖或C語(yǔ)言程序；第二現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，與所述第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列交互，用于生成 NIOS系統(tǒng)，并作為主軸、手操盒、數(shù)控工程面板及輸入、輸出接口，并 且所述NIOS系統(tǒng)運(yùn)行所述PLC梯形圖或C語(yǔ)言程序；FLASH存儲(chǔ)器，用于存放第二現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列NIOS的系統(tǒng)程序。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述多功能接口板包 括模擬量的伺服驅(qū)動(dòng)器信號(hào)接口，與所述第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于還包括伺服驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)所述模擬量的伺服驅(qū)動(dòng)器信號(hào)與所述第一現(xiàn)場(chǎng)可編程 門(mén)陣列通信，用于接收第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器輸出的各個(gè) 軸的速度信號(hào)，并且進(jìn)一歩地，所述第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列讀取伺服電機(jī)的位置和速度信號(hào)，交由所述第二工業(yè)PC機(jī)進(jìn)行處理。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述多功能接口板包 括脈沖量的伺服驅(qū)動(dòng)器信號(hào)接口，與所述第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于還包括 伺服驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)脈沖量的伺服驅(qū)動(dòng)器信號(hào)接口與所述第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列通信，用于接收各個(gè)軸的速度信號(hào)轉(zhuǎn)換成與軸運(yùn)動(dòng)速度成正比的脈 沖和方向信號(hào)，并且進(jìn)一步地，所述第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列讀取伺服電機(jī)的位置和速度信號(hào)，交由所述第二工業(yè)PC機(jī)進(jìn)行處理。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述多功能接U板包括數(shù)字量的伺服驅(qū)動(dòng)器信號(hào)接口，與所述第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于還包括伺服驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)所述數(shù)字量的伺服驅(qū)動(dòng)器信號(hào)接口與所述第一現(xiàn)場(chǎng)可 編程門(mén)陣列通信，用于接收各個(gè)軸的速度信號(hào)及所述第二現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列的PLC邏輯運(yùn)算結(jié)果，并且所述第一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列通過(guò)總線讀取伺 服電機(jī)的位置信號(hào)和I/O接口單元的輸入信號(hào)，交由所述第二工業(yè)PC機(jī)進(jìn)行處理。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述第一工業(yè)PC機(jī) 和所述第一工業(yè)PC機(jī)分別是自帶以太網(wǎng)的X86工控機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分布式開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，包括第一工業(yè)PC機(jī)，用于數(shù)控加工程序和PLC程序的輸入、編輯、顯示及程序管理，以及將所述數(shù)控系統(tǒng)PLC程序編輯后，生成并發(fā)送PLC梯形圖或C語(yǔ)言程序；第二工業(yè)PC機(jī)，通過(guò)以太網(wǎng)與所述上位機(jī)連接，用于處理數(shù)控加工程序的譯碼、刀具補(bǔ)償、速度處理、插補(bǔ)和位置控制處理以及接收PLC梯形圖或C語(yǔ)言程序；多功能接口板，與所述下位機(jī)連接，用于運(yùn)行所述PLC梯形圖或C語(yǔ)言程序、開(kāi)關(guān)量的輸入/輸出，以及模擬、脈沖或數(shù)字的信號(hào)傳輸。本發(fā)明提出了一種分布式開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，使得系統(tǒng)的硬件安裝靈活，軟件功能分配合理，更容易滿(mǎn)足開(kāi)放性的要求。
文檔編號(hào)G05B19/414GK101169646SQ200710053658
公開(kāi)日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2007年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月26日
發(fā)明者任清榮, 周會(huì)成, 周向東, 唐小琦, 左自輝, 白玉成, 陳吉紅 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)