多微处理机CNC装置的基本功能模块课件

4.2 CNC装置硬件结构装置硬件结构 CNCCNC装置硬件结构一般分为单微处理机和多微装置硬件结构一般分为单微处理机和多微处理机结构两大类。处理机结构两大类。数控装置一般采用单微处理机结构，高级型数控装置一般采用单微处理机结构，高级型CNCCNC装置常采用多微处理机结构。装置常采用多微处理机结构。CNCCNC装置采用多微处理机结构，可使数控机床装置采用多微处理机结构，可使数控机床向高速度、高精度和高智能化方向发展。向高速度、高精度和高智能化方向发展。4.2 CNC装置硬件结构 CNC装置硬件结构一般分1CNC硬硬件结构件结构专用型：专用型：用于实现专门的数控目的用于实现专门的数控目的。通用型：通用型：基于基于PC平台，通过不同的软平台，通过不同的软件，构成不同类型的件，构成不同类型的CNC，实现不同的，实现不同的数控功能。数控功能。CNC硬硬件结构件结构单微处理器结构：单微处理器结构：专用型专用型,早期经济型早期经济型多微处理器结构：多微处理器结构：功能丰富、模块化、功能丰富、模块化、更快、更精更快、更精CNC硬件结构专用型：用于实现专门的数控目的。通用型：基于P24.2.2 4.2.2 单微处理机结构的单微处理机结构的CNCCNC装置装置单微处理器结构单微处理器结构n单机系统单机系统:整个整个CNC装置只有一个装置只有一个CPU，n 集中控制和管理整个系统资源，集中控制和管理整个系统资源，n 通过分时处理实现各种通过分时处理实现各种NC功能。功能。主从结构：主从结构：系统中只有一个系统中只有一个CPU(CPU(主主CPU)CPU)对系统的对系统的资源有控制和使用权，资源有控制和使用权，其它带其它带CPUCPU的功能部件处于从属地位的功能部件处于从属地位,只能接受主只能接受主CPUCPU的控制命令或数据，的控制命令或数据，或向主或向主CPUCPU发出请求信息以获得所需的数据。发出请求信息以获得所需的数据。4.2.2 单微处理机结构的CNC装置单微处理器结构主从结构3优点优点:投资小，结构简单，易于实现。投资小，结构简单，易于实现。缺点：缺点：系统功能受到字长、数据宽度、寻址能力和运系统功能受到字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制。算速度等因素的限制。优点:4单微处理机结构的单微处理机结构的CNC装置框图装置框图D/ACPU纸带机接口RS232接口CRT/MDI接口手手摇摇轮轮接口接口ROM接口RAM接口PLC接口位控单元位控单元位控单元主轴单元D/AD/AD/A速度单元速度单元速度单元速度单元MMMMMST功能单微处理机结构的CNC装置框图D/ACPU纸带机接口RS251.总线总线n总线是总线是 CPU 与各部件（存储器、接口等）之间与各部件（存储器、接口等）之间信息的公共传输线，包括控制总线、地址总线和信息的公共传输线，包括控制总线、地址总线和数据总线，即所谓数据总线，即所谓“三总线三总线”。总线结构和标准。总线结构和标准也在随着信息传输高速性和并发性的提高而不断也在随着信息传输高速性和并发性的提高而不断发展。发展。n 串口串口n I2Cn SPIn 1.总线总线是 CPU 与各部件（存储器、接口等）之间信息的62.存储器存储器n常见存储器：常见存储器：RAM、SRAM、SDRAM、ROM、EPROM、EEPROM、Flash存储器存储器 nRAM（Random Access Memory随机存取存储器）：随机存取存储器）：访问速度比较快，但掉电后数据会丢失访问速度比较快，但掉电后数据会丢失 nROM（Read Only Memory只读存储器）：在系统停止只读存储器）：在系统停止供电的时候仍然可以保持数据供电的时候仍然可以保持数据 nSRAM（Static RAM/静态存储器）：是利用双稳态触发静态存储器）：是利用双稳态触发器来保存信息的，只要不掉电，信息是不会丢失的。器来保存信息的，只要不掉电，信息是不会丢失的。nDRAM（Dynamic RAM/动态存储器）：是利用动态存储器）：是利用MOS（金属氧化物半导体）电容存储电荷来储存信息，因此必（金属氧化物半导体）电容存储电荷来储存信息，因此必须通过不停的给电容充电来维持信息。须通过不停的给电容充电来维持信息。2.存储器常见存储器：RAM、SRAM、SDRAM、ROM、7nPROM是可编程的是可编程的ROM，是一次性的，也就是软，是一次性的，也就是软件灌入后，就无法修改了件灌入后，就无法修改了 nEPROM是可擦除可编程是可擦除可编程ROM，通过紫外光的照，通过紫外光的照射擦出原先的程序，是一种通用的存储器射擦出原先的程序，是一种通用的存储器 nEEPROM是通过电子擦除，价格很高，写入时间是通过电子擦除，价格很高，写入时间很长，写入很慢。很长，写入很慢。nFLASH存储器又称闪存，它结合了存储器又称闪存，它结合了ROM和和RAM的长处，不仅具备电子可擦出可编程的长处，不仅具备电子可擦出可编程（EEPROM）的性能，还不会断电丢失数据同时）的性能，还不会断电丢失数据同时可以快速读取数据（可以快速读取数据（NVRAM的优势），的优势），U盘和盘和MP3里用的就是这种存储器。里用的就是这种存储器。PROM是可编程的ROM，是一次性的，也就是软件灌入后，就无83.位置控制单元位置控制单元数控装置的物理结构（数控装置的物理结构（FANUC-6MBFANUC-6MB）3.位置控制单元数控装置的物理结构（FANUC-6MB）9位置控制芯片位置控制芯片MB8739位置控制芯片MB873910位置控制模块位置控制模块位置控制模块114.输入输出接口输入输出接口n接口的类型接口的类型n 1）驱动相关）驱动相关n 2）测量电路）测量电路n 3）电源及保护）电源及保护n 4）开关信号及代码信号）开关信号及代码信号4.输入输出接口接口的类型12n强电线路强电线路n 电源变压器，控制变压器，断路器，保护开关，电源变压器，控制变压器，断路器，保护开关，接触器，熔断器接触器，熔断器n输入输出信号的分类和任务输入输出信号的分类和任务n 直流数字模拟信号直流数字模拟信号n 交流信号交流信号-功率执行器功率执行器n接口电路的任务：接口电路的任务：n 电平转换和功率放大电平转换和功率放大n 光电耦合器，脉冲变压器，继电器光电耦合器，脉冲变压器，继电器-电气隔离电气隔离强电线路13 n模拟量传送模拟量传送n数字直流输入输出接口数字直流输入输出接口n1）输入接口）输入接口n触电抖动消除电路触电抖动消除电路n-施密特触发器施密特触发器n2）输出接口）输出接口n光电器耦合器光电器耦合器 模拟量传送14二、多微处理机结构的二、多微处理机结构的CNC装置装置而在多微处理机结构的而在多微处理机结构的CNC装置中，由于有两个装置中，由于有两个或两个以上的微处理机构成的处理部件，处理部件或两个以上的微处理机构成的处理部件，处理部件之间之间采用紧耦合采用紧耦合，有集中的操作系统，资源共享，有集中的操作系统，资源共享，或者有两个或者两个以上的微处理机结构的功能模或者有两个或者两个以上的微处理机结构的功能模块，功能模块之间块，功能模块之间采用松耦合采用松耦合，有多重操作系统有，有多重操作系统有效地实现并行处理，所以能克服单微处理机结构的效地实现并行处理，所以能克服单微处理机结构的不足，使不足，使CNC装置的性能有较大提高。装置的性能有较大提高。在单微处理机结构的在单微处理机结构的CNC装置中，因为只有一个装置中，因为只有一个CPU，只能采用集中控制，该，只能采用集中控制，该CPU既要对键盘输入既要对键盘输入和和CRT显示处理，又要进行译码、刀补计算以及插显示处理，又要进行译码、刀补计算以及插补等实时控制处理，这样进给速度显然受影响。补等实时控制处理，这样进给速度显然受影响。二、多微处理机结构的CNC装置而在多微处理机结构的CN15n n多多CPUCPU结构的结构的CNCCNC装置：装置：n n含含含含2 2个或个或个或个或2 2个以上的个以上的个以上的个以上的CPUCPU，n n各各各各CPUCPU之间多采用紧耦合和集中的操作系统，之间多采用紧耦合和集中的操作系统，之间多采用紧耦合和集中的操作系统，之间多采用紧耦合和集中的操作系统，n n各功能模块资源共享。各功能模块资源共享。各功能模块资源共享。各功能模块资源共享。多CPU结构的CNC装置：16.多微处理机多微处理机CNC装置的基本功能模块装置的基本功能模块（）（）CNCCNC管理模块管理模块（）（）CNCCNC插补模块插补模块（）位置控制模块（）位置控制模块（）模块（）模块（）操作与控制数据输入输出和显示模块（）操作与控制数据输入输出和显示模块（）存储模块（）存储模块.多微处理机CNC装置的基本功能模块（）CNC管理模块17n n功能部件分为两类：功能部件分为两类：功能部件分为两类：功能部件分为两类：n n主模块：带主模块：带主模块：带主模块：带CPUCPU或或或或DMADMA （Direct Memory AccessDirect Memory Access直接存储器）直接存储器）直接存储器）直接存储器）；n n从模块：不带从模块：不带从模块：不带从模块：不带CPUCPU、DMADMA器件；器件；器件；器件；n n模块间采用模块间采用模块间采用模块间采用共享总线共享总线共享总线共享总线或或或或共享存储器共享存储器共享存储器共享存储器实现通信实现通信实现通信实现通信。功能部件分为两类：18.多微处理机多微处理机CNC装置的典型结构装置的典型结构（）共享总线型结构（）共享总线型结构n n所有部件共享总线，只有主模块能控制系统总线，所有部件共享总线，只有主模块能控制系统总线，n n同一时刻只能有一个主模块占用总线，同一时刻只能有一个主模块占用总线，n n有总线仲裁机构。有总线仲裁机构。总总总总 线线线线CNCCNC管理模管理模管理模管理模块（块（块（块（CPUCPU）主存储主存储主存储主存储器模块器模块器模块器模块自动编程模自动编程模自动编程模自动编程模块（块（块（块（CPUCPU）操作面板操作面板操作面板操作面板显示模块显示模块显示模块显示模块CNCCNC插补模插补模插补模插补模块（块（块（块（CPUCPU）PLCPLC功能功能功能功能模块模块模块模块(CPU)(CPU)位置控制位置控制位置控制位置控制模块模块模块模块(CPU)(CPU)主轴控主轴控主轴控主轴控制模块制模块制模块制模块n n 优点：结构简单、配置灵活优点：结构简单、配置灵活优点：结构简单、配置灵活优点：结构简单、配置灵活n n 缺点：共享总线时会引起缺点：共享总线时会引起缺点：共享总线时会引起缺点：共享总线时会引起“竞争竞争竞争竞争”，降低传输效率。，降低传输效率。，降低传输效率。，降低传输效率。.多微处理机CNC装置的典型结构（）共享总线型结构所有部19（）共享存储器型结构（）共享存储器型结构n n采用多端口存储器实现各采用多端口存储器实现各CPUCPU之间通信之间通信n n由多端口逻辑电路由多端口逻辑电路 解决访问的冲突问题解决访问的冲突问题缺点功能扩展困难缺点功能扩展困难（）共享存储器型结构采用多端口存储器实现各CPU之间通信缺20IDT7132IDT713221常用双端口常用双端口RAM器件器件常用双端口RAM器件22PCPCNCNC（PMACPMAC）PCNC（PMAC）23多微处理机CNC装置的基本功能模块课件24多微处理机CNC装置的基本功能模块课件25.多微处理机多微处理机CNCCNC装置的优点装置的优点（）运算速度快、性能价格比高（）运算速度快、性能价格比高（）适应性强、扩展容易（）适应性强、扩展容易（）可靠性高（）可靠性高（）硬件易于组织规模化生产（）硬件易于组织规模化生产.多微处理机CNC装置的优点（）运算速度快、性能价格比高26