3.0 数控系统的硬件结构及连接

单击此处编辑母版标题样式,.,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,数控系统的硬件结构及连接,孙海亮,一、数控系统的硬件结构类型,主要内容,二,、,数控系统硬件结构,三,、,典型数控系统的硬件连接,四,、,数控系统的常见板卡,计算机数控装置,液晶显示器,MDI,键盘,“急停”按钮,功能键,机床控制面板,(MCP),机床控制面板,MCP,数控系统硬件结构类型,1.,大板式结构和模块化结构,大板式结构,:,CNC,装置内一般都有一块大板，称为主板。主板上装有主,CPU,和各轴的位置控制电路等,(,集成度较高的系统把所有的电路都安装在一块板上,),，其他相关子板,(,完成一定功能的电路板,),，如,ROM,板、,RAM,板和,PLC,板都插在主板上面。,优点,:,结构的,CNC,装置结构紧凑、体积小、可靠性高、价格低、有很高的性能价格比。,AB,公司的,8601,就是大板式结构的,CNC,。,缺点,:,硬件功能不易变动，柔性低。,fanuc-6M,系统,模块化结构,将,CPU,、,存储器、输入输出控制、位置检测、显示部件等分别做成插件板,(,称为硬件模块,),，相应的软件也是模块结构，固化在硬件模块中。硬软件模块形成一个特定的功能单元，称为功能模块。功能模块间有明确定义的接口，接口是固定的，使用工厂标准或工业标准，彼此间可进行信息交换。各模块间连接的定义，形成了所谓的总线。,设计简单，试制周期短，调整维护方便，,(,如果某个模块坏了，其他模块可照常工作，有可能进行部分,CNC,功能的操作,),，有良好的适应性和扩展性。,2.,单微处理器和多微处理器结构,在单微处理器,CNC,中，,CPU,通过总线与存储器和各种接口相连接，构成,CNC,的硬件支持，采取集中控制、分时处理的方式完成,CNC,对存储、插补运算、,I,0,控制、,CRT,显示等多任务的处理。采用单微处理器结构的,CNC,有德国,Siemens,公司的,810,820,系列，,AB,公司的,8400,系列等。,单微处理器,多微处理器结构的,CNC,装置把机床数字控制这个总任务划分为多个子任务，也称子功能模块。在硬件方面一般采用模块化结构，以多个,(,两个或两个以上,)CPU,配以相应的接口形成多个子系统，每个子系统分别承担不同的子任务，各子系统间协调动作共同完成整个数控任务。,多微处理器结构,多微处理器,CNC,区别于单微处理器,CNC,的最显著特点是通信，,CNC,的各项任务和职能都是依靠组成系统的各,CPU,之间的相互通信配合完成的。多微处理器结构的,CNC,的典型通信方式有共享总线和共享存储器两类结构。,共享总线结构的典型代表是,FANUC 15,系统。它按功能将系统划分为若干个功能模块，其中带有,CPU,的称为主模块，不带,CPU,的称为从模块。根据不同的配置可选用,7,、,9,、,11,和,13,个功能模块插件板。,所有主从模块都插在配有总线插座的机柜内，通过共享总线把各个模块有效地连接在一起，按要求交换各种数据和信息，组成一个完整的实时多任务系统，实现,CNC,的预定功能，其硬件结构如图所示,FANUC 15,系统的总线是,FANUC,公司白己设计的,FANUC BUS,共享总线结构的优点是系统配置灵活、结构简单、容易实现、造价低。缺点是会引起竞争，使信息传输率降低，总线一旦出现故障，会影响全局。,共享总线结构,共享存储器结构的典型代表有,GE,公司的,MTC1 CNC,，,其硬件结构如图所示。,MTCl,CNC,共有,3,个,CPU,，,其中中央,CPU,负责数控程序的编辑、译码、刀具和机床参数的输入；显示,CPU,把中央,CPU,的,指令和显示数据送到视频电路进行显示，此外还定时扫描键盘和倍率开关状态并送中央,CPU,进行处理；插补,CPU,完成插补运算、位置控制、,I,O,控制和,RS232C,通信等任务，还向中央,CPU,提供机床操作面板开关状态及所需显示的位置信息等。中央,CPU,与显示,CPU,和插补,CPU,之间各有,512,字节的公共存储器用于交换信息。,共享存储器结构,1),输入装置,:,完成程序,参数等信息的输入,MDI,信息载体,2),输出装置,:,完成打印,穿孔显示等,3),通信线路,:,实现串行通讯及网络功能,4)CNC:,完成与外围设备联系,控制系统各部分功能,5)PLC:,完成机床的顺序控制,换刀,APC,等,6),主轴单元,:,接受,CNC,的指令,控制主轴电机的转速及旋向,7),速度单元,:,接收,CNC,的指令,控制各伺服轴的动作,数控系统硬件结构,组成,:,中央单元,(CPU),总线,BUS,存储器,(RAM, ROM),I/O,接口电路,PLC,主轴单元 速度控制单元,CNC,单元系统的构成,总线,信息公共通路的总称,物理导线分为,:,地址总线,(DB),数据总线,(AB),控制总线,(CB),CPU,构成： 由运算器、控制器、内部寄存器,两个因素,: 1,） 位数,2,）速度,作用,:,对系统内部工件及操作进行统一控制,按照程序中指令的要 求进行各种运算,使系统成为一个有机整体,.,BUS,作用,: ,存放系统软件,零件程序参数等,存储运算的中间结果,分类,:,存储器,:,RAM(,随机存储器,),既可读入也可写出,用来存放,程序,参数,中间结果,均应保持。,ROM:,只读存储器， 存放系统软件,又分为,: EPROM,、,E2 ROM,、,闪存。,FANUC 0i,系统,的内部结构,FANUC 0i,系统主,CPU,板的构成框图,FANUC 0i,系统的,CNC,单元为大板结构。,基本配置有,:,主板、,存储器板、,I/O,板、,伺服轴控制板,电源板,。,各板插在主板上,与,CPU,的总线相连。,(1),主板,主,CPU,在该板上。主,CPU,用于系统主控,原,来用,80386,从,1998,年起改用,80486/DX2,。,此外,显示的,CRT,控制也在该板上。,(2),存储器板该板上有,:,系统的控制软件,ROM,(,共,5,片,),。,车床,(0-T,系统,);,铣床,(,镗床,钻床,);,加工中心,(0-M,系统,);,磨床,(0-G,系统,);,冲床,(0-P,系统,),。,不同类型的机床控制软件不同,;,伺服控制软件,ROM,1,片,;,PMC-L,的,ROM,芯片,2,片,;,用于存储机床的强电控制逻辑程序。,RAM,芯片,;,用于寄存,CPU,的中间运算数据。,CMOS RAM;,用于存储系统和机床参数、零件加工程序。根据用户要求配置,最大可为,128K,字节。,CMOS RAM,与,4.5 V,电池相连,关机时保存信息。,(3)I/O,板,该板是,CNC,单元与机床强电柜的接口。接收或输出,24 V,直流信号,由,PMC,实施输入,/,输出控制。,I/O,点数可根据机床的复杂程度选择。标准配置为,104,个,输入点,72,个输出点。,(4),进给伺服控制板,FANUC 0,系统全部用数字式交流伺服控制,.,其控制板装在,CNC,单元内，,即,CNC,单元与进给伺服为一体化设计,。,伺服板上有,2,个,CPU,(TMS320),用于伺服的数字控制。每个,CPU,控制,2,个轴,一块板可控制,4,个轴,。该板接受主,CPU,分配的伺服控制指令,输出,6,个相位各差,60,的脉宽调制信号,(,每轴,),加于各轴的伺服驱动的功率放大器上。,0-D,系统为,4,轴,(,最大配置,),控制,4,轴联动。只用一块伺服板。,0-C,最多可控制,6,个轴,控制,6,个轴时需用,2,块板,。,数控系统的硬件连接,华中数控,802C,与,伺服驱动器,SIMODRIVE,Base line,和,1K7K,伺服电机,的连接,802C,与,伺服驱动器,SIMODRIVE,Base line,和,1K7K,伺服电机,的连接,802C,与,伺服驱动器,SIMODRIVE611,和,1K7K,伺服电机,的连接,SIN840C,系统的硬件结构：,华中数控,四,、,数控系统的常见板卡,华中数控,华中数控,“,世纪星,”,HNC-21,的内部板卡,华中数控,“,世纪星,”,HNC-21,的内部板卡,:,主板,华中数控,“,世纪星,”,HNC-21,的内部板卡,:,电源板,华中数控,华中数控,华中数控,“,世纪星,”,HNC-21,的内部板卡,:,键盘按键板,“,世纪星,”,HNC-21,的内部板卡,:,键盘按键板,FANUC 0,系统为全功能型。下列一些功能增加了系统的应用范围和操作的方便：,Cs,轴轮廓控制。可以省掉,Cf,轴,用主轴的转动做为回转坐标与其它直线轴插补,加工轮廓曲线。,刚性攻丝。,Z,轴进给与主轴转动同步,不用弹簧卡头实现攻丝，从而提高了螺纹的加工精度。,PMC,轴控制。用梯形图程序控制伺服进给轴，用于回转轴分度或定量位置进给。,0-C,系统,PMC,可控制,2,个进给轴。,主轴双刀架。,系统的功能,0.1m,分辨率。系统分辨率标准设定为,1m,。,可用参数设定为其,1/10,。,加工程序的后台编辑。自动切削过程中可以编辑新的程序。,菜单编程。,图形会话在线自动编程。有多种形式,最新的是符号指令形式。易学,易操作。有工艺参数语句。,用户宏程序。一种参量编程软件包,用来编制加工程序,(,适合于成组工艺,),或者用其接口变量编制,PMC,程序,控制,CNC,的运行状态。,