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基于软件芯片的通用数控系统研究与开发

时间:2017-7-18 9:20:00   来源:本网   添加人:admin

  基于软件芯片的通用数控系统研究与开发朱顺先、朱成化2(1.南京农业大学工学院,江苏南京21⑴31;2南京农业大学产业处,江苏南京210095)国内外常用数控系统(Siemens、Fanuc及Mitsubishi等)的兼容,通过对软件芯片二次开发可以实现对特殊数控系统兼容,是实现数控系统开放化、通用化的有效途径。

  3数控软件芯片bookmark4 1概述计算机数控(CNC)系统作为制造形状复杂、高质量、高精度产品所必备的基础设备,是发展现代集成制造和智能制造的主体技末是当今各种先进制造系统的基础和前提。

  出于技术垄断及独占市场等原因,各厂家生产的数控系统在体系结构上大多是封闭的且互不兼容,从而使得用户在人员培训、设备购买、维护等方面投入大量的时间和资金。

  较为突出的一点就是各数控厂家的数控代码标准互不相同,从而造成数控程序的不兼容,为生产、加工带来巨大负面影响。市场上虽然出现一些通用数控系统,但仍是对特定系统的兼容,无法做到真正的通用。

  当今,数控技术正向着PC化、模块化方向发展,开发基于PC的全软件型数控系统是实现系统开放化、通用化的重要途径678.软件芯片思想的出现,使得数控系统的通用化成为可能。为此本文提出一种基于软件芯片的通用数控系统。

  2系统总体结构本系统为基于PC的全软件型数控系统(即所谓的PCNC系统)主要由硬件和软件两大部分组成。

  系统硬件由标准PC和运动控制卡组成。运动控制卡通过标准PCI总线接口与计算机交换数据,通过I/O接口与机床的伺服系统连接。

  PCNC系统硬件组成系统软件主要由实时操作系统和数控系统软件构成。

  实时操作系统由普通LINUX加实时内核RTLINUX构成,为数控系统提供实时机制。数控系统软件由数控软件芯片构成,主要完成译码、数据处理、插补、位置控制和速度控制等工作,得到位置指令和速度指令,经运动控制卡发送至机床伺服系统,控制机床运动。机床的各种状态信息由传感器采集经运动控制卡输入计算机,供数控系统处理。

  数控代码转换流程图数控系统的软件芯片化即通过对数控系统的功能划分,采用面向对象技术,建立类似硬件芯片的数控系统软件芯片库。而面向对象的诸如封装、分类、继承等很有价值的特点,为软件芯片的开发和使用提供了可靠保证。

  在对现有数控系统和用户需求进行仔细全面分析的基础上,同时,总结现有系统控制结构的共有特征,并对其进行适当的归类和抽象将数控系统划分为以下几个功能模人机交互界面模块:主要完成在系统运行前和运行中系统参数的修改和设定,如设定系统工作模PLC控制模块:代替PLC完成CNC系统与机床之间信号的逻辑运算处理或顺序控制流程。

  数控加工仿真模块:用图形对加工路径及加工轮廓进行动态显示,验证数控代码正确性。

  公共核心模块:任务调度是公共核心模块的核心,它决定哪个任务将获得处理机并监控各任务状态,根据调度策略改变任务状态。

  软件芯片的构建就是将功能模块本体部分进行黑箱封装,使之输入接口和输出接口尽量简单、规范。本系统中将QT作为编程环境来进行芯片本体构建,整个芯片基于动态连接库形式创建,所有功能的实现都封装于动态库文件中。

  用户使用时,不需要知道芯片内部功能是如何实现的,只需将对应动态连接库加入自己的系统中,然后依照芯片说明提出的接口要求,通过接口参数调用相应的方法即可。

  在二次开发中,用户只需通过继承和派生原有芯片,按照接口规定编制生成相应的动态连接库,就可实现功能扩展,而不必重新编译系统,就如同用户更换硬件一样。

  当建立新数控系统时,只需从软件芯片库中取出相应模块加以组合即可,必要时加以扩充,而无需从头开发整个系统,从而改变目前数控系统的封闭式设计现状,大大提高整个系统的灵活性、可维护性和可扩充性。

  4数控系统通用性的实现为了使数控系统具有较强的通用性,能够兼容国内外各著名数控系统(如Siemens、Fanuc),一般采用以下几种方法:设计开发完善的编译系统这是现阶段实现通用性的主要手段,但此方法比较复杂,对数控代码编译器的适应能力和准确度都有较高要求3,实现比较困难。这种方法只能实现对一定数量数控系统的兼容。对于系统升级换代或一些非知名系统无法实现兼容。

  更改编译译码芯片此种方法针对各种数控系统设计不同的编译译码芯片(通过对原芯片继承派生),可以实现数控系统的真正兼容。

  但该法对操作人员的水平要求较高,需专业人员完成,一般操作人员无法实现此种通用性。而且随着数控系统种类的增多,编译译码芯片重复开发,数目庞大,管理困难。此法主要用于扩充数控系统的功能,在本系统也有应用。

  数控系统在线配置为使数控系统具有较强的通用性,降低对操作人员的要求,使普通操作工可以实现数控系统的通用化,本文提出一种简单经济的实现方法数控系统在线配置。

  通过对各数控系统分析发现,各数控系统所能完成的功能基本相同(如功能不同,采用更改编译译码芯片的方法进行扩充实现),区别主要在数控功能代码表示上,即相同功能由不同代码表示。为此我们增加一个翻译转换芯片,实现各种数控系统代码向本系统代码的转换。本系统采用的数控代码与ISO标准完全等效,我们称之为标准NC代码,对未指定的代码进行扩展以实现常见系统的各种功能。为系统工作流程图,当进行数控加工或数控仿真时,从硬盘上读取各种非标准NC代码,经翻译转换芯片转换为标准NC代码。然后再送入编译译码芯片进行编译译码。通用性实现的关键就是非标准代码向标准代码的转换。转换过程如所示。

  数控系统工作流程图输入为非标准NC代码,它完成NC代码中不必要符号的删除,如空格、注释语句等。

  任务是对输入进行逐字符读入,然后进行分析,产生独立的标识符并记录进符号表,此时可以查出NC代码是否有错。

  朴英锡,石玉祥。综观开放式数控系统。磨床与磨削,1998孙斌,杨汝清。基于PC的数控系统的研究现状和发展趋势。

  本文介绍了一种基于软件芯片的通用数控系统实现方法,具有简单、经济、通用性强等优点。具体讨论了数控通用性的实现。利用该方法现已实现原型系统的构建,仿真效果良好。由于PCNC系统各大功能模块均以软件芯片形式进行封装,在运行过程中进行配置,因此,其开放性和通用性明显增强,具有较高实用价值。