第十一章計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)課件

1、*1*2*3*4*5計(jì)計(jì) 算算 機(jī)機(jī) 基基 本本 系系 統(tǒng)統(tǒng)設(shè)備層設(shè)備層設(shè)備支持層設(shè)備支持層接 口人機(jī)控制運(yùn)動(dòng)控制PMC其他I/O其他設(shè)備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)顯示設(shè)備輸入/出設(shè)備機(jī) 床機(jī)器人測(cè)量機(jī) .圖3-1 CNC的一般性硬件結(jié)構(gòu)*6*7操作系統(tǒng)管理軟件控制軟件零件程序管理顯示處理人機(jī)交互交互位置控制輸入輸出管理插補(bǔ)運(yùn)算故障診斷處理速度處理機(jī)床輸入輸出編譯處理主軸控制刀具半徑補(bǔ)償.圖 3-2 CNC 軟件系統(tǒng)功能框圖*8*9*10圖3-3 CNC系統(tǒng)平臺(tái)硬件操作系統(tǒng)管理軟件應(yīng)用軟件控制軟件數(shù)控加工程序 接口被控設(shè)備被控設(shè)備 機(jī) 床 機(jī)器人 測(cè)量機(jī) .*11*12*13*14*15*16*17*18*1

2、9*20*21*22*23*24*25*26*27*28*29*30*31坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)與位置檢測(cè) F指令速度處理坐標(biāo)及刀補(bǔ) 處理主軸電動(dòng)機(jī)和電氣控制主軸控制與輔助操作處理伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)位置控制輸 出插補(bǔ)運(yùn)算S、M、T執(zhí)行完信號(hào)可編程控制器 PLCS、M、T指令處理插補(bǔ)預(yù)處理G指令處 理輸 入譯 碼零件程序插補(bǔ)輸出指令位置控制速度控制進(jìn)給電動(dòng)機(jī)測(cè)量反饋*32*33*34*35*36*37*38I/O設(shè)備計(jì)算機(jī)主板顯 示 卡功能模板m功能模板1電 子 盤(pán)多功能卡位置控制板n位置控制板1PLC模塊主軸控制模板機(jī)床I/O控制面板速度控制單元1速度控制單元n功能驅(qū)動(dòng)1功能驅(qū)動(dòng)m系 統(tǒng) 總 線（BUS）

3、標(biāo)準(zhǔn)PC計(jì)算機(jī)CNC裝置CNC系統(tǒng)*39*40*41*42*43*44*45*46*47*48*49*50*51*52*53系 統(tǒng) 總 線數(shù) 字 接 口光電隔離器件A/DD/A轉(zhuǎn)換調(diào)理電路功率放大傳 感 元 件功 率 放 大光電隔離器件計(jì) 數(shù) 器計(jì)數(shù)脈沖濾波、倍頻整形 PMC模塊硬件邏輯框圖開(kāi)關(guān)量轉(zhuǎn)換脈沖量轉(zhuǎn)換模擬量轉(zhuǎn)換*54電 源 模 塊通信功能人 機(jī) 接 口編程調(diào)試和試驗(yàn)功能至傳感器和執(zhí)行器的接口功能應(yīng)用程序的執(zhí)行操作系統(tǒng)功能應(yīng)用程序存儲(chǔ)數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ)信號(hào)處理功能操作者應(yīng)用程序設(shè)計(jì)人員機(jī)器/過(guò)程 PLC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)外部供電外部設(shè)備*55*56*57*58*59*60ALL-IN-ONE

4、CPU卡顯 示 卡位置控制板n位置控制板1電 子 盤(pán)速度控制單元1速度控制單元n無(wú) 源 母 板（系 統(tǒng) 總 線 BUS)標(biāo)準(zhǔn)PC計(jì)算機(jī)CNC裝置光隔I/O板機(jī)床開(kāi)關(guān)量I/O按鈕站、狀態(tài)燈NC鍵盤(pán)CNC系統(tǒng)多功能板主軸控制模板主軸編碼器手搖脈沖發(fā)生器定制功能接口網(wǎng)絡(luò)卡COM2串口圖7 華中型數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖*61ALL-IN-ONE CPU卡顯 示 卡電 子 盤(pán)數(shù)字交流伺服單元1數(shù)字交流伺服單元4無(wú) 源 母 板（系 統(tǒng) 總 線 BUS)標(biāo)準(zhǔn)PC計(jì)算機(jī)CNC裝置光隔I/O板機(jī)床開(kāi)關(guān)量I/O按鈕站、狀態(tài)燈NC鍵盤(pán)CNC系統(tǒng)多功能板主軸控制?？熘鬏S編碼器手搖脈沖發(fā)生器定制功能接口網(wǎng)絡(luò)卡COM2串口圖

5、7 華中型數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖四串口通信板*62打印機(jī)接口計(jì)算機(jī)主板顯 示 卡多功能板步進(jìn)電機(jī)單元1步進(jìn)電機(jī)單元8系 統(tǒng) 總 線 （BUS)標(biāo)準(zhǔn)PC計(jì)算機(jī)機(jī)床開(kāi)關(guān)量I/O操作面板主軸編碼器手搖脈沖發(fā)生器控制面板定制功能接口網(wǎng)絡(luò)卡多功能NC接口板光隔I/O接口軟/硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器控制柜圖8 華中型教學(xué)數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖*數(shù)字控制機(jī)床63*64*65*66FANUC BUS操作面板圖形顯示模塊(CPU)通訊模塊(CPU)自動(dòng)編程模塊(CPU)主存儲(chǔ)器模塊插補(bǔ)模塊(CPU)PLC模塊(CPU)位置控制模塊(CPU)主軸控制模塊CRT/MDII/O單元伺服驅(qū)動(dòng)單元主軸單元圖3-13 FANUC 15系統(tǒng)硬件結(jié)

6、構(gòu)*67*68*69顯示CPU鍵盤(pán)中央CPU插補(bǔ)CPU串口和收發(fā)器CTRC并 行 接 口反饋脈沖和處理EPROMEPROMRAM/EPROM512 RAMRAM 512 字符發(fā)生器CRT模擬量輸出機(jī)床接口反饋信號(hào)收發(fā)器XYZCW共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)CNC系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)*70*71*72*73*74*75輸 入預(yù)處理位置檢測(cè)插補(bǔ)運(yùn)算位置控制速度控制伺服電機(jī)程序硬件硬件硬件硬件軟件軟件軟件軟件 軟件和硬件的功能界面 *76*77加工程序譯 碼譯碼緩沖區(qū)刀補(bǔ)處理刀補(bǔ)緩沖區(qū)速度預(yù)處理插補(bǔ)緩沖區(qū)插補(bǔ)處理運(yùn)行緩沖區(qū)伺服驅(qū)動(dòng)位控處理位置反饋PLC控制*78*79*80D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0G

7、00 0：無(wú)該指令； 1：有該指令G01 0：無(wú)該指令； 1：有該指令G02 0：無(wú)該指令； 1：有該指令G03 0：無(wú)該指令； 1：有該指令G90/G91 0：G90；1：G91G06 0：無(wú)該指令； 1：有該指令00：G40；11：G4001：G41；10；G42*81*82*83P Pe e(200,300(200,300) )P P0 0(72,148)(72,148)X XY YG41G41G42G42P Pe eP P”e eR ReP*84*85L*86*87f（）插補(bǔ)輸出X1Y1指令位置X1新Y1新跟隨誤差X3Y3X2新Y2新實(shí)際位置反饋位置增量X2、Y2X1舊Y1舊X2舊Y2

8、舊速度指令VX、VY圖3-16 位置控制轉(zhuǎn)換流程+-+*88*89*90*91*92*93*94*95譯碼刀補(bǔ)I/O顯示初始化位置控制插補(bǔ)運(yùn)算背景程序4ms8ms16ms中斷級(jí)別高中斷級(jí)別低*96背景程序0ms 4ms 8ms 12ms 16ms位置控制插補(bǔ)運(yùn)算*97*98*99*1001231232tt空間時(shí)間順序處理輸出輸出CPU1時(shí)間t+tt空間111333222輸出輸出輸出CPU1CPU2CPU3并行處理*101*102*103*104*105*106*107*108*109*110*111前臺(tái)程序故障處理位置控制插補(bǔ)運(yùn)算后臺(tái)程序譯 碼刀補(bǔ)處理速度預(yù)處理輸入/輸出顯示中斷執(zhí)行循環(huán)執(zhí)行*

9、112*113*114初始化中斷管理系統(tǒng)（硬件 + 軟件）0級(jí)中斷服務(wù)程序 級(jí)中斷服務(wù)程序 級(jí)中斷服務(wù)程序級(jí)中斷服務(wù)程序1n2*115*116*117RTOS模塊（任務(wù)）1模塊（任務(wù)）2模塊（任務(wù)）*118*119*120*121*122*123編輯程序參數(shù)設(shè)置解釋程序PLC管理MDI故障顯示過(guò)程控制軟件NCBIOSRTMMS-DOS位置控制I/O控制PLC控制低層軟件過(guò)程層軟件NCBASE*124*125編輯程序參數(shù)設(shè)置解釋程序PLC管理MDI故障顯示過(guò)程控制軟件NCBIOSRTMMS-DOS位置控制I/O控制PLC控制低層軟件過(guò)程層軟件NCBASE*126編輯程序參數(shù)設(shè)置解釋程序PLC管理

10、MDI故障顯示過(guò)程控制軟件NCBIOSRTMMS-DOS位置控制I/O控制PLC控制低層軟件過(guò)程層軟件NABASE*127*128刀 補(bǔ)運(yùn) 算譯 碼解 釋動(dòng) 態(tài)顯 示人 機(jī)界 面PLC功 能數(shù) 據(jù)采 集插 補(bǔ)運(yùn) 算位 置控 制時(shí)鐘中斷服務(wù)程序任 務(wù)調(diào)度程序調(diào)度核心970 m s 4 8 1 2 1 6位置控制插補(bǔ)運(yùn)算后臺(tái)程序?qū)嵕€表示從調(diào)度核心進(jìn)入任務(wù)或任務(wù)在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)沒(méi)有運(yùn)行完返回調(diào)度核心,虛線表示任務(wù)在時(shí)間片內(nèi)運(yùn)行完返回調(diào)度核心.*129保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)協(xié)處理器數(shù)據(jù)各定時(shí)任務(wù)計(jì)時(shí)轉(zhuǎn)向調(diào)度程序中斷服務(wù)程序框圖設(shè)置堆棧是否掛起過(guò)?調(diào)度程序框圖取就緒隊(duì)列讀任務(wù)狀態(tài)恢復(fù)斷點(diǎn)進(jìn)入任務(wù)取隊(duì)列中下一任務(wù)NY

11、*130*131*132*133*134*135*136*137表4-1 FANUC-BESK 7CM CNC系統(tǒng)的各級(jí)中斷功能中斷級(jí)別主要功能中斷源0控制CRT顯示硬件1譯碼、刀具中心軌跡計(jì)算，顯示器控制軟件，16ms定時(shí)2鍵盤(pán)監(jiān)控，I/O信號(hào)處理，穿孔機(jī)控制軟件，16ms定時(shí)3操作面板和電傳機(jī)處理硬件4插補(bǔ)運(yùn)算、終點(diǎn)判別和轉(zhuǎn)段處理軟件，8ms定時(shí)5紙帶閱讀機(jī)讀紙帶處理硬件6伺服系統(tǒng)位置控制處理4ms實(shí)時(shí)鐘7系統(tǒng)測(cè)試(測(cè)試，非使用態(tài)）硬件*138表4-2 FANUC-BESK 7CM CNC系統(tǒng)1級(jí)中斷的13種功能口狀態(tài)字對(duì)應(yīng)口的功能0顯示處理1公英制轉(zhuǎn)換2部分初始化3從存儲(chǔ)區(qū)（MP、PC或

12、SP區(qū)）讀一段數(shù)控程序到BS區(qū)4輪廓軌跡轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡5“再啟動(dòng)”處理6“再啟動(dòng)”開(kāi)關(guān)無(wú)效時(shí)，刀具回到斷點(diǎn)“啟動(dòng)”處理7按“啟動(dòng)”按鈕時(shí)，要讀一段程序到BS區(qū)的預(yù)處理8連續(xù)加工時(shí)，要讀一段程序到BS區(qū)的預(yù)處理9紙帶閱讀機(jī)反繞或存儲(chǔ)器指針?lè)祷厥字返奶幚鞟啟動(dòng)紙帶閱讀機(jī)使紙帶正常進(jìn)給一步B置M、S、T指令標(biāo)志及G96速度換算C置紙帶反繞標(biāo)志*139號(hào)口處理號(hào)口處理21號(hào)口處理號(hào)口處理要處理的口均處理完了么？清除1級(jí)中斷要求NY程序入口C0按規(guī)定的查詢次序依次查詢“口狀態(tài)字”，若被查詢的位為“1”，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的口處理。圖4-12 1級(jí)中斷各口處理轉(zhuǎn)換框圖 *140*141*142*143*144*

13、145后臺(tái)程序初始化實(shí)時(shí)中斷程序*146*147系統(tǒng)初始化等待緊停復(fù)位背景程序MCU總清方式選擇自動(dòng)/單段手動(dòng)鍵盤(pán)增量點(diǎn)動(dòng)；連續(xù)點(diǎn)動(dòng)；回參考點(diǎn)；設(shè)置零點(diǎn)；閱讀機(jī)復(fù)位；測(cè)試方式；CRT顯示操作命令；MDI段；執(zhí)行；數(shù)據(jù)輸入；CRT顯示等待循環(huán)起動(dòng)段執(zhí)行程序；讀程序到緩存區(qū)；譯碼；處理傳送；等待段完成狀態(tài)檢查M02EORM30倒帶自動(dòng)循環(huán)停處理10.24ms中斷閱讀機(jī)中斷鍵盤(pán)中斷保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)位置伺服面板掃描PAL程序插補(bǔ)面板輸出恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)存入字符存入字符恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)返回返回返回*148*149*150譯碼 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7A15A8+5V RX7 *15

14、1*152*153*154 + + - + +-MC3847 75175MC384675174*155*156用戶程序A第7層 應(yīng)用層第6層表示層第5層會(huì)議層第4層傳輸層第3層網(wǎng)絡(luò)層第2層數(shù)據(jù)鏈路層第1層物理層用戶程序B第7層 應(yīng)用層第6層表示層第5層會(huì)議層第4層傳輸層第3層網(wǎng)絡(luò)層第2層數(shù)據(jù)鏈路層第1層物理層 A 各層功能 B 直接向應(yīng)用程序提供各種服務(wù)格式轉(zhuǎn)換以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)要求 數(shù)據(jù)的管理與同步 提供節(jié)點(diǎn)至最終節(jié)點(diǎn)間可靠透明的數(shù)據(jù)傳送 完成節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù)包路由選擇 提供相鄰節(jié)點(diǎn)間幀傳送的差錯(cuò)控制 相鄰節(jié)點(diǎn)間位傳送及編碼 實(shí)際鏈路 *157OSIOSI參參考模型考模型*158*159OSIO

15、SI參參考模型考模型各層的作用各層的作用物理層物理層: :物理層定義了激活、維護(hù)和關(guān)閉終端用戶之間電器物理層定義了激活、維護(hù)和關(guān)閉終端用戶之間電器的、機(jī)械的、過(guò)程的和功能的特性。的、機(jī)械的、過(guò)程的和功能的特性。在物理媒體上傳輸原在物理媒體上傳輸原始的數(shù)據(jù)比特流。始的數(shù)據(jù)比特流。數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層: :將數(shù)據(jù)分成一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)幀，以數(shù)據(jù)幀為單位將數(shù)據(jù)分成一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)幀，以數(shù)據(jù)幀為單位進(jìn)進(jìn)行傳輸。有應(yīng)有答，遇錯(cuò)重發(fā)。行傳輸。有應(yīng)有答，遇錯(cuò)重發(fā)。數(shù)據(jù)鏈路層在物理線路上數(shù)據(jù)鏈路層在物理線路上提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層: :將數(shù)據(jù)分成一定長(zhǎng)度的分組，將分組穿過(guò)通信子將數(shù)據(jù)分成一定

16、長(zhǎng)度的分組，將分組穿過(guò)通信子網(wǎng)網(wǎng)從信源傳到信宿。路徑選擇。從信源傳到信宿。路徑選擇。它為兩個(gè)處在不同地理位置它為兩個(gè)處在不同地理位置上的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的終端設(shè)備提供連接和路徑選擇。上的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的終端設(shè)備提供連接和路徑選擇。 傳輸層傳輸層: :為上層用戶提供不具體網(wǎng)絡(luò)的高效經(jīng)濟(jì)透明的為上層用戶提供不具體網(wǎng)絡(luò)的高效經(jīng)濟(jì)透明的端端端數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。端數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。該層將數(shù)據(jù)分段并組裝成數(shù)據(jù)流。（從該層將數(shù)據(jù)分段并組裝成數(shù)據(jù)流。（從該層到第該層到第1層，主要是處理與傳輸相關(guān)的問(wèn)題。）為數(shù)據(jù)的層，主要是處理與傳輸相關(guān)的問(wèn)題。）為數(shù)據(jù)的傳輸提供服務(wù)，并對(duì)上層屏蔽傳輸層執(zhí)行的細(xì)節(jié)。傳輸提供服務(wù)，并對(duì)上層屏蔽傳輸

17、層執(zhí)行的細(xì)節(jié)。*160會(huì)話層會(huì)話層: :進(jìn)程間的對(duì)話也稱為對(duì)話，會(huì)話層管理不同主機(jī)進(jìn)程間的對(duì)話也稱為對(duì)話，會(huì)話層管理不同主機(jī)上各上各進(jìn)程間的對(duì)話。進(jìn)程間的對(duì)話。會(huì)話層建立、管理和終止應(yīng)用程序之間的對(duì)會(huì)話層建立、管理和終止應(yīng)用程序之間的對(duì)話。話。 會(huì)話層為表示層提供服務(wù)會(huì)話層為表示層提供服務(wù).表示層表示層: :為上層用戶提供數(shù)據(jù)信息的語(yǔ)法表示變換為上層用戶提供數(shù)據(jù)信息的語(yǔ)法表示變換, ,這一層保這一層保證一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用層發(fā)出的信息能被另一個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用層讀出證一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用層發(fā)出的信息能被另一個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用層讀出。應(yīng)用層應(yīng)用層: :為應(yīng)用進(jìn)程提供訪問(wèn)為應(yīng)用進(jìn)程提供訪問(wèn)OSIOSI環(huán)境的手段。環(huán)境的手段。它是它是OSI中最靠近用戶