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数控系统的硬件结构

文章出处: 人气:发表时间:2020-10-29 00:18
硬件结构
现以国家“八五”数控攻关成果-中华I型(以下简称CME988)数控系统为例,看一个开放式结构数控系统的硬件结构。
作为开放的硬件结构设计一般应满足:
1)系统体系结构的开放性。
2)对技术发展的适应性。
3)应用范围的广泛性。
4)生产厂和用户两方面的支持性。
5)数控系统的高可靠性。
为了保证数控系统的高可靠性,本系统采用把工业控制用PC主板嵌入到专用数控硬件结构中。硬件的设计采用混合总线结构,即采用专用CME总线和ISA总线混合。总线上有多个CME总线的插槽和一个ISA总线插槽。模块化、平台式的结构设计,可适应技术的进步和发展。系统可以跟随PC的发展而升级,系统配置灵活,其功能可以扩展也可以剪裁,因而可以派生出多种不同功能的数控系统,形成CNC的系列产品,满足不同类型机床的应用要求。
硬件配置如下:
1)All In One PC主卡(也称半长卡)。早期使用IPC,芯片采用80386+80387、4MB RAM,而现在可以使用80486、80586、Pentium  Ⅲ,主频用66、100、450MHz或更高。RAM可选8MB。
2)VGA显示卡。早期使用PC104总线VGA卡,现在已集成在PC主卡内。
3)MFUN(多功能)模块内装有1.4MB ROM电子盘,用于存储控制程序和PLC程序。384KB RAM用于参数存储和加工程序存储。当选用一个通道方式时,约有80KB作为参数存储,并可存储800m长的加工程序,并可扩展到3600m。多功能模板上装有三轴位置控制模块、键盘适配器等。
4)POS(位置控制)模板。该模板仅配置3轴位置控制功能,作为轴数扩展模板。
5)DI/DO模板,是接口输入输出模板,最大输入104点,最大输出56点。可用增加DI/DO模板来扩展输入输出点数。
6)CRT显示和操作面板。CRT可选择23cm(9in)、26cm(10in)或36cm(14in)单色和彩色显示器,为了使整体结构紧凑,设计了专用的键盘。
7)总线模板。总线模板设计为无源总线,有10插槽和5插槽两种,根据功能的多少来选择总线模板的大小。模板为CME专用总线和ISA总线混合形式。
8)电源模块。有+5V、10A,±15V、0.2A,+24V、2A,设有过电流、过欠电压保护。
9)硬件配置没有硬盘和软驱,可选用软驱用软盘来传送加工程序和调试程序。
10)可选用ARCNET网卡,用于CNC系统联网,实现FMS控制。
2硬件位置控制功能结构
在以PC为基础构成的数控系统中,多数硬件模板可以选用通用模板,比如电源、DI/DO等,但位置控制功能还没有合适的通用模板,这样位置控制功能的实现,是在以PC为基础的数控系统中主要要解决的问题。随着微电子技术和数字化技术的发展,有的厂家把位置控制功能集成在数字伺服驱动模块里,有的厂家用软件方法实现位置控制功能,多数的控制系统生产厂还是自己来设计位置控制功能模板。CME988数控系统位置控制功能是用硬件来实现的。
其模块功能介绍如下:
1)DDA(Digital Differential Analyzer)是微分工作原理的细插补器。它的每个插补周期(插补周期可设定2、4、8、16ms),通过总线把软件完成的粗插补指令数据输入,并进行插补运算,在插补运算的同时,把输出量传给进给脉冲计数器和误差计数器。
2)进给脉冲计数器。首先它从总线上输入指令数据,用DDA输出的脉冲进行减法计数,直到计数器为零时,表示该程序段插补运算完成,重新输入下一个程序段指令。
3)误差计数器。它的数值是实际要移动位置的残余量。它是从DDA和补偿发生器那里得到指令数据。当执行电动机转动后,编码器(或旋转变压器、光栅尺等)输出反馈脉冲,它使误差计数器进行减法运算,直到误差计数器的值为零,表示位移指令完成。
4)倍频和倍率。它是对反馈脉冲进行处理,首先是4倍频,然后根据不同螺距丝杆的要求设定倍率,有1、3/4、1/2、3/5、1/4、1/8倍率可供选择。
5)补偿发生器。从总线上得到要补偿的指令数据,并把这数据处理后适时地传送给误差计数器,对移动位置进行补偿。
6)参考计数器。除用于一些辅助功能外,主要用于回零检测,当零位开关到位后,编码器每转信号检出后,根据计数器的给定值确定最终零位。
7)由于电动机及其拖动的机械部分是一个惯性负载,所以总要产生跟踪误差,可用设定位置环的增益来改善负载的响应特性,减少跟踪误差。
8)为了减小加工误差,设计者除设定位置环增益外,又研究了前馈(Feed forward)和预测前馈[Preview feed forward,又称预见(Look ahead)控制]。预测前馈是在程序段未执行前,对多段加工程序进行预先演算,由于不同的加工曲线会演算出不同的结果,根据这个预测的结果进行前馈补偿和速度调整,提高零件的加工精度。本系统没有预测前馈功能。
9)CME988系统具有两种输出形式:一种是输出PWM调制信号作为模拟输出;另一种是以脉冲的形式输出。
10)译码器、立即数寄存器和初始状态设定,都是为整个位置控制电路服务的。 




此文关键字:数控系统,硬件,结构

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