现代计算机数控装置软、硬件结构概述课件.pptx

1、计计 算算 机机 基基 本本 系系 统统设设备备层层设设备备支支持持层层接 口人机控制运动控制PMC其他I/O其他设备计算机系统显示设备输入/出设备机 床机器人测量机 .操作系统操作系统管理软件管理软件控制软件控制软件零零件件程程序序管管理理显显示示处处理理人人机机交交互互位位置置控控制制输输入入输输出出管管理理插插补补运运算算故故障障诊诊断断处处理理速速度度处处理理机机床床输输入入输输出出编编译译处处理理主主轴轴控控制制刀刀具具半半径径补补偿偿.图图4-3 CNC4-3 CNC系统平台系统平台硬件硬件操作系统操作系统管理软件管理软件应用软件应用软件控制软件控制软件数控加工程序数控加工程序 接

2、接口口被控设备被控设备 机机 床床 机器人机器人 测量机测量机 .CPU纸带机纸带机接口接口RS232接口接口CRT/MDI接口手摇轮手摇轮接口接口ROM接口接口RAM接口接口PLC接口位控位控单元单元位控位控单元单元位控位控单元单元主轴主轴单元单元D/AD/AD/AD/A速度速度单元单元速度速度单元单元速度速度单元单元速度速度单元单元MMMMMST功能功能单微处理机数控装置的结构图单微处理机数控装置的结构图输 入预处理位置检测插补运算位置控制速度控制伺服电机程序硬件硬件硬件硬件软件软件软件软件 软件和硬件的功能界面 加工程序加工程序译译 码码译码缓冲区译码缓冲区刀补处理刀补处理刀补缓冲区刀补

3、缓冲区速度预处理速度预处理插补缓冲区插补缓冲区插补处理插补处理运行缓冲区运行缓冲区伺服驱动伺服驱动位控处理位控处理位置反馈位置反馈PLC控制控制1 1、零件程序的输入、零件程序的输入零件程序的输入对于早期的数控装置是用纸带阅读机零件程序的输入对于早期的数控装置是用纸带阅读机键盘进行。现代的数控装置可通过通信方式或其它输键盘进行。现代的数控装置可通过通信方式或其它输入装置实现。纸带阅读机中断服务程序执行一次只读入装置实现。纸带阅读机中断服务程序执行一次只读入一个字符，而且要经过一系列的检查判别，认为合入一个字符，而且要经过一系列的检查判别，认为合格后才能存入缓冲区。键盘中断服务程序执行一次读格后

4、才能存入缓冲区。键盘中断服务程序执行一次读入一个按键的信息，即按下一个键就向入一个按键的信息，即按下一个键就向CPU CPU 申请一次申请一次中断。在键盘服务程序中将键盘上打入的字符送入中断。在键盘服务程序中将键盘上打入的字符送入MDIMDI缓冲器，然后再送入零件程序存储器。缓冲器，然后再送入零件程序存储器。(图图4-334-33）2 2、数据存放形式、数据存放形式在零件程序存储器中可以储存多个零件程序，零件程在零件程序存储器中可以储存多个零件程序，零件程序一般是按顺序存放的，为了方便零件程序的调用，序一般是按顺序存放的，为了方便零件程序的调用，在零件程序存储器中还开辟了目录区，在目录区中按在

5、零件程序存储器中还开辟了目录区，在目录区中按固定格式存放着相应零件程序的有关信息，形成目录固定格式存放着相应零件程序的有关信息，形成目录表，目录表的每一项对应一个零件程序。（图表，目录表的每一项对应一个零件程序。（图4-34）储存的零件程序通常已不用储存的零件程序通常已不用ISO代码或代码或EIA代码表示，代码表示，而是将它转换为某些数控内部代码。（如表而是将它转换为某些数控内部代码。（如表4-2）例如：程序例如：程序 N10 G91 G01 X100 Y-50 F150 M03 LF 转换成数控内部码如表转换成数控内部码如表4-3，为该零件程序段存储器中，为该零件程序段存储器中的信息。的信息

6、。3、零件加工程序的编辑、零件加工程序的编辑将零件加工程序输入后，常常需对该程序编辑，编辑将零件加工程序输入后，常常需对该程序编辑，编辑工作主要有插入、删除、替换和修改等操作。工作主要有插入、删除、替换和修改等操作。1 1、代码识别、代码识别在在CNCCNC系统中，代码识别由软件完成。译码程序从零系统中，代码识别由软件完成。译码程序从零件缓冲器中逐个输入字符代码，将其与相应数字作比件缓冲器中逐个输入字符代码，将其与相应数字作比较，若相等就说明输入了该字符。（图较，若相等就说明输入了该字符。（图4-354-35）2 2、各功能码的译码、各功能码的译码经代码识别设立了各功能代码的标志后，就可以分别

7、经代码识别设立了各功能代码的标志后，就可以分别对各功能码进行处理了。对各功能码进行处理了。对于不同的对于不同的CNCCNC系统来说，编程格式有自己的规定，系统来说，编程格式有自己的规定，所以可以将译码结果缓冲器的设置与零件程序段格式所以可以将译码结果缓冲器的设置与零件程序段格式相对应。（如表相对应。（如表4-44-4）各个功能代码的处理方式是不尽相同的，表各个功能代码的处理方式是不尽相同的，表4-44-4，除，除G G代码和代码和M M代码分组外，其与功能代码只有一项，其地代码分组外，其与功能代码只有一项，其地址在内存中是指定的，因此，译码程序根据代码识别址在内存中是指定的，因此，译码程序根据

8、代码识别设置的各功能码的标志，确定其存放其相应数码的地设置的各功能码的标志，确定其存放其相应数码的地址，以便送入数据。址，以便送入数据。（图（图4-364-36）Pe（200，300）XRP0（72，48）Pe”PeG41G42YLf（）（）+-+插补输出插补输出X X1 1Y Y1 1指令位置指令位置X1新新Y1新新跟随误差跟随误差X3Y3实际位置实际位置X2新新Y2新新反馈位置增量反馈位置增量X X2 2、Y Y2 2X1旧旧Y1旧旧X X2 2旧旧Y Y2 2旧旧速度指令速度指令VX、VY位置控制转换流程位置控制转换流程数控装置数控装置管管 理理 控控 制制输输入入I/OI/O处处理理显

9、显示示诊诊断断通通讯讯速速度度处处理理刀刀具具补补偿偿译译码码插插补补位位置置控控制制数控装置的任务数控装置的任务数控装置的多任务性数控装置的多任务性输入输入显示显示诊断诊断I/O控制控制译码译码刀补刀补速度速度处理处理插补插补位置位置控制控制双双箭箭头头表表示示两两个个模模块块之之间间有有并并行行处处理理关关系系任务的并行处理关系任务的并行处理关系其他其他译码译码刀补刀补I/O显示显示初始化初始化位置控制位置控制插补运算插补运算背景程序背景程序4ms8ms16ms中断级别高中断级别高中断级别低中断级别低系统在完成初始化以后自动进入时间分配中，在环系统在完成初始化以后自动进入时间分配中，在环中

10、依次轮流处理各任务。对于系统中一些实时性很中依次轮流处理各任务。对于系统中一些实时性很强的任务则按优先级排队，分别放在不同优先级上强的任务则按优先级排队，分别放在不同优先级上作环外任务，环外任务可以随时中断环内各任务的作环外任务，环外任务可以随时中断环内各任务的执行。执行。时间重叠是根据流水处理技术，使多个处理过程在时间上相互时间重叠是根据流水处理技术，使多个处理过程在时间上相互错开，轮流使用同一设备的几个部分。资源重复是通过增加资错开，轮流使用同一设备的几个部分。资源重复是通过增加资源（如多源（如多CPU）提高运算速度。）提高运算速度。CNC装置的硬件设计普遍采用资源重复的并行处理方法。而装

11、置的硬件设计普遍采用资源重复的并行处理方法。而CNC装置的软件设计则常采用资源分时共享和资源重叠的流水装置的软件设计则常采用资源分时共享和资源重叠的流水线处理技术。线处理技术。时间时间t+t t空间空间123123123输输出出输输出出输输出出CPU1CPU2CPU3流水处理流水处理流水处理的关键是时间重叠，流水处理的关键是时间重叠，在一个时间间隔内不是处理在一个时间间隔内不是处理一个子程序，而是处理两个一个子程序，而是处理两个或更多的子程序或更多的子程序t前台程序故障处理位置控制插补运算后台程序译 码刀补处理速度预处理输入/输出显示中断执行循环执行初始化中断管理系统（硬件+软件）0级中断服务

12、程序 级中断服务程序 级中断服务程序级中断服务程序1n2RTOS模块（任务）1模块（任务）2模块（任务）一、系统软件结构一、系统软件结构系统的控制程序是系统的软件，它是一个多重中断结构。中断系统的控制程序是系统的软件，它是一个多重中断结构。中断级分四级，级分四级，0级为最高级中断，级为最高级中断，3级为最低级中断。级为最低级中断。0级中断采级中断采用用8ms定时中断，定时中断，1-3级中断采用级中断采用16ms定时中断。定时中断。0级中断由级中断由定时计数器定时计数器CTC0通道产生，而通道产生，而1、2、3级中断由级中断由CTC的的1、2、3通道产生，每过通道产生，每过16msCTC的四个通

13、道都产生中断请求，的四个通道都产生中断请求，CPU按中断优先权决定，中断优先权由按中断优先权决定，中断优先权由CTC内部链形电路决定。各内部链形电路决定。各个控制程序根据它们的实时性要求及重要性分别属于不同等级个控制程序根据它们的实时性要求及重要性分别属于不同等级的中断服务程序的中断服务程序二、控制程序的组成二、控制程序的组成1、初始化程序、初始化程序初始化程序的主要任务是为整个系统正常工作做准备。开机或初始化程序的主要任务是为整个系统正常工作做准备。开机或安安“复位复位”键后执行初始化程序。主要完成：键后执行初始化程序。主要完成：EPROM区的检区的检查、系统工作区和缓冲区的检查、查、系统工

14、作区和缓冲区的检查、CTC进行初始化等进行初始化等2、0级中断服务程序级中断服务程序0级中断服务程序主要完成位置控制、伺服系统状态检查和处理、级中断服务程序主要完成位置控制、伺服系统状态检查和处理、4ms定时计时等工作。定时计时等工作。3、1级中断服务程序级中断服务程序1级中断服务程序主要的功能是完成插补运算级中断服务程序主要的功能是完成插补运算4、2级中断服务程序级中断服务程序2级中断服务程序主要的功能是对级中断服务程序主要的功能是对NC键盘的开关和按键信号，操作键盘的开关和按键信号，操作台的按键和开关信号进行监控处理，以及台的按键和开关信号进行监控处理，以及M、S、T强电信号处理强电信号处

15、理和输出信号处理和输出信号处理5、3级中断服务程序级中断服务程序3级中断服务程序的主要任务为插补正常进行做准备工作。级中断服务程序的主要任务为插补正常进行做准备工作。1.CNC1.CNC系统主要由哪几部分组成？系统主要由哪几部分组成？CNCCNC装置主要由哪装置主要由哪几部分组成？几部分组成？2.2.试述试述CNCCNC装置的工作过程。装置的工作过程。3.3.单微处理器结构的单微处理器结构的CNCCNC装置与多微处理器结构的装置与多微处理器结构的CNCCNC装置有何区别？多微处理器结构的装置有何区别？多微处理器结构的CNCCNC装置有哪些装置有哪些基本功能模块？基本功能模块？4.4.试分析现代

16、试分析现代CNCCNC装置的硬件结构的特点？装置的硬件结构的特点？5.CNC5.CNC装置中常用的装置中常用的CPUCPU有哪几类？其特点如何？有哪几类？其特点如何？6.CNC6.CNC装置中常用的存储器有哪几类？其特点如何？装置中常用的存储器有哪几类？其特点如何？7.CNC7.CNC装置与机床电气设备之间的接口按功能分为哪装置与机床电气设备之间的接口按功能分为哪几类？各传送什么信息？几类？各传送什么信息？8 8、简述数控装置数据转换流程过程、简述数控装置数据转换流程过程思考题思考题9.CNC9.CNC装置的装置的I/OI/O接口电路中常用哪些抗干扰技术？接口电路中常用哪些抗干扰技术？10.C

17、NC10.CNC装置的软件结构可分为哪两类？各有何特点？装置的软件结构可分为哪两类？各有何特点？11.11.中断型结构的软件中，各中断服务程序的优先级是中断型结构的软件中，各中断服务程序的优先级是如何安排的？如何安排的？12.CNC12.CNC装置常用的输入输出设备有哪些？装置常用的输入输出设备有哪些？13.CNC13.CNC装置常用的通信接口有哪些？各有什么特点？装置常用的通信接口有哪些？各有什么特点？14.14.现代现代CNCCNC装置的诊断技术有哪些发展方向装置的诊断技术有哪些发展方向?15.15.简述我国使用较多的几种典型简述我国使用较多的几种典型CNCCNC装置的功能和特点？装置的功能和特点？