一种高性能、开放式软件 数控系统及其应用.docx

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1、一种高性能、开放式软件数控系统及其应用开发的Hi-800系列基于PC的数控系统引入德国PowerAutomation以下简称PA公司的实时控制内核，弥补了Windows桌面操纵系统实时性差的缺乏，是一种真正的全软件型开放式数控系统，可广泛应用于各种数控机床、加工中心及一些特殊用处机床的复杂控制中。Hi-800数控系统组成Hi-800系列数控系统是按照工业级标准，应用PC技术制造的高性能CNC。系统采用WindowsNT操纵系统及PA实时内核RealTimeKernel，使用户可以拥有操纵方便的窗口式人机界面，同时使得利用硬盘作为NC内存成为可能。而且从简单的串行口到复杂的通讯网络都能得到应用。

2、Hi-800数控系统硬件设计由于运动控制和逻辑控制功能都由软件实现，因此Hi-800系列数控系统硬件只有控制器、键盘和显示器、NC操纵面板和相应的扩展版卡等部件组成，其外形构造如图1所示。图1Hi-800系列数控系统外形构造图主控制器是一台安装了MicrsoftWindowsNT操纵系统的工业标准PC机，可以通过PC机主板上标准的插槽和总线连接系统需要的器件，如轴控卡，数字或者模拟量输入/输出I/O接口、通讯网卡等。Hi-800系统通过PCI总线配置了可控制4个模拟量轴和1个主轴的控制卡;16个数字量输入和输出及5路模拟量输出通道。用户还可以根据需要通太多轴扩展板卡，或者I/O扩展模块，实现控

3、制更多轴和更多I/O的功能。与Hi-800主控制器相连接的典型外部设备如图2所示。图2CNC控制器外部设备接口Hi-800系列操纵系统还配置1个以太网卡TCP/IP协议;4个串行通讯接口其中1个可配置为RS-485接口;1个并行通讯接口和1个USB通讯接口，可以灵敏地实现网络化控制。还有1个可实现双声道立体声控制的声卡和1个可同时连接TFT和CRT的显示卡。用户还可以根据需要选择其它硬件配置。系统采用10.4超薄液晶显示器和薄膜按键，更合适于工业现场应用。可在其可视化界面内很专业、很方便的监控和实现各种操纵，如:加工经过曲线图形和加工件零件的各种信息;根据用户需要编写的PLC程序、在线监控PL

4、C和CNC信号和在线程序修改等;可以观察加工经过中的机械坐标、程序坐标等一些重要的操纵信息。NC操纵面板可用于控制系统和程序的起停操纵，还可以通过它实现控制对象如机床的手动控制，如X、Y、Z轴的手动进给;主轴的正转、反转控制;光滑、冷却系统控制等，便于机床调试。系统软件构造Hi-800数控系统的软件构造如图3所示。由于系统内嵌PA的NT实时内核，因此，对实时性要求比拟高的运动控制任务和逻辑控制任务都由CNC软件和软件PLC完成，并直接控制相关的硬件设备，也可以知足数控系统实时控制的要求。而其他对实时性要求不高的任务，如人机接口HMI、计算机辅助制造CAM等需要由PC机实现的任务，仍由Windo

5、wsNT操纵系统来实现。PA的NT实时内核使数控系统可以以固定的时间间隔执行实时任务，而且在执行实时任务时，制止其他非实时任务的执行，并可以直接获得系统相关的硬件资源。只有在没有实时任务需要执行时，WindowsNT才能获得CPU资源，去执行基于NT系统的应用程序。系统CNC软件包含与运动控制有关的所有功能，如对用户的NC程序进展编译、解释代码;运动轨迹的插补运算;轴的位置环控制及与软件PLC和外部设备的通讯等。bCNC编译器CNCInterpreter/bCNC编译器的主要任务是对用户的NC程序进展解释，并将其转换为伺服任务中的插补器可以识别的格式。此外，编译器还具有以下功能:控制CNC操纵

6、形式;系统诊断;与伺服系统进展信息交换;向MMI传送信息，用于显示;与PLC进展二进制I/O数据交换;加工经过的偏移量设置和途径修正。图3Hi-800系列数控系统软件构造CNC插补器CNCinterpolator插补器是CNC的执行单元，CNC的以下功能都与插补任务有关:途径插补;轴插补，包括线性、样条、圆弧、螺旋线插补，还具有镜像、并行随动轴功能;位置轴控制;诊断与监控治理;与位置任务的通讯连接;从CNC-PLC读取输入信号;向PLC传送BCD码信号;实时转换极坐标，5轴;实时自校正，包括间隙补偿、齿隙误差补偿、零漂补偿等;正弦震荡器;主轴输出;从FIFO存放器中读取新的程序段;快速输出数字

7、量信号。CNC位置闭环控制CNCPositionLoop位置任务用于实现轴的位置控制功能，所有CNC和PLC的实时任务都是由与控制轴有关的硬件定时中断控制的，每次中断都执行一次位置任务，主要完成以下操纵:从门阵列或者sercos接口读取位置值;检测编码器信号模拟轴;更新机床位置;计算机床位置误差值;根据机床位置计算相应的内部位置;计算命令位置值与实际机械位置的偏向;计算对应的位置控制的输出值;输出到D/A转换器模拟量控制轴;输出到sercos接口sercos控制轴。Hi-800内置的高速软PLC符合IEC-1131-3标准，用户可以使用梯形图、功能程序段、指令表、流程图及构造文本等多种PLC语

8、言编程，完成各种复杂的机床逻辑控制。系统还内置机床参数编辑器和逻辑分析仪非常有用的调试工具，使得机床控制系统的安装、调试和保养非常简便。作为基于PC的开放式CNC系统，Hi800允许用户以平安可靠的方式集成第三方专业技术及专用软件例如各种CAM软件。系统控制功能均由软件实现，可以根据机床类型及不同的应用开放相应功能模块，提供应用户最大的选择和灵敏性。bHi-800系列数控系统的性能及特点/b系统的主要性能指标如附表所示:Hi-800系统独特的软硬件构造，使其具有以下特点:附表系统的主要性能指标Hi-800系统充分利用了WindowsNT操纵系统的开放性特点，允许在同一个系统上集成CNC及其它应

9、用软件。此外，还额外提供了一系列开放式软件工具。如循环编译工具CompileCycles允许用户定制自己的特殊加工功能，实现各种复杂机床控制;可视化界面使用户可以在原有MMI的根底上定制专用人机界面;虚拟人机界面VMI功能可以根据用户需求定制全新人机界面。Hi-800的“自适应预读功能可以在实时情况下，预处理几百个NC程序段，并且可以根据相应的进给速率自动调整加、减速控制。自适应预读功能速度变化曲线如图4所示，图中横坐标是NC程序段，纵坐标F表示执行速度。用蓝色图4自适应预读功能速度变化曲线比照曲线表示的G08没有预读功能，因此每个程序段都要执行加速和减速操纵;而红色曲线表示的G09的速度是连

10、续变化的，这样不仅增强了机床的效率，也进步了加工工件的外表光洁度。系统的“曲率优化功能，可以使大量连续微小线段加工到达最正确效果，更好地保证加工经过的快速性、连续性和平稳性。同时快速的PA实时内核可以完成各种实时操纵，知足快速性要求。系统采用“自适应调节技术，可以在实时状态下铲除伺服滞后并且抑制由速度变化导致的共振干扰。可以自动为每根轴选择最正确参数，然后在运行经过中补偿这些参数。准确停顿插补功能及拐角平滑处理功能，能有效防止拐角处发生过切现象，可以获得良好的加工精度。海量NC内存基于PC的Hi-800系统利用硬盘存储加工程序，实现海量NC内存大于10GB，大大缩短了NC程序读取时间，使得机床

11、的加工效率成倍进步。良好的人机界面操纵人员可以通过功能键选择六种不同的操纵形式，菜单式操纵简单易学。网络化控制数控系统直接配置通用网络接口，使其具有强大的网络通讯功能，轻易实现远程监视和控制，及分散化网络加工，使当代化治理成为可能。应用案例建立在先进的Windows操纵系统平台上的Hi-800数控系统具备柔性、开放性和不断扩展的特性。通过简单的系统参数及功能设定，便可实现各种先进的控制技术，知足复杂加工和几乎所有应用，如各种高速高精度车、铣、雕、磨、线切割及激光加工设备;复杂加工中心;5轴联动机床等。为用户提供一流的专家解决方案。高速雕铣机的控制如:Hi-800所独有的曲率优化功能，能对连续小

12、线段加工轨迹进展平滑处理，进一步进步加工快速性，并获得更好的外表光洁度。自适应预读功可以根据进给速度和加工轨迹处理加减速，防止小线段频繁加减速，保证加工速度稳定，实现快速加工。十分适用于高速雕铣机的控制。激光切割机的控制Hi-800系统还可以根据加工间隔、加工时间的变化对激光能量进展控制。间隔调整功能可以控制激光头Z方向与加工外表保持恒定间隔。对于三维切割，可以保证切割的平整性，防止过切现象。非常适用于激光切割机的控制应用。CNC仿真软件在教学领域的应用Hi-800的开放性和离线版本CNC仿真软件使其为教学领域应用提供了平安和方便性。仿真软件可以安装在任何1台装有WindowsNT/2000的

13、个人计算机上运行，无需额外硬件支持。而且离线CNC操纵界面和实际应用操纵界面完全一样，可以在计算机上学习系统根本操纵，熟悉NC编程指令，模拟运行加工程序。另外，Hi-800系统丰富全面的控制功能和卓越的性能，可以使学生更多地理解数控领域的先进技术和开展方向。由于基于PC技术，Hi800数控系统可以直接连接投影仪等设备，方便老师进展教学演示。与传统数控系统相比，软件数控系统可以充分利用Windows平台和CNC的开放式软件工具开发所需的各种功能，使用户可以灵敏的组态CNC功能模块，构成各种类型的高性能数控系统。以知足普通机床、加工中心及各种特殊类型机床的复杂控制。这种实现形式上的变革使得系统可以更方便、更广泛地应用计算机技术的先进成果，大幅度提升数控系统的控制性能，简化系统实现难度，缩短研发周期;大大增强了系统的伸缩性和可扩展性。因此，软件数控系统具有最高的性能价格比，最有很强的生命力。编辑:何世平