第4章计算机数控装置.ppt

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1、第4章计算机数控装置现在学习的是第1页，共151页第一节第一节概述概述一、一、CNC系统的组成系统的组成数控机床在数控机床在数控系统数控系统的控制下，自动地的控制下，自动地按给定的程序进行零件的加工。按给定的程序进行零件的加工。现在学习的是第2页，共151页数控系统由：数控系统由：程序、输入输出设备程序、输入输出设备计算机数字控制装置计算机数字控制装置可编程控制器可编程控制器主轴驱动装置主轴驱动装置进给驱动装置等组成进给驱动装置等组成现在学习的是第3页，共151页CNC系统组成框图系统组成框图程序程序输输入入设设备备CNC装装置置PLC主轴控主轴控制单元制单元主轴电机主轴电机机机床床位置检测器

2、位置检测器进给电机进给电机速度控制单元速度控制单元I/O信号信号CNC系统的核心系统的核心现在学习的是第4页，共151页二、二、CNC装置的组成装置的组成从外部特征来看，从外部特征来看，CNC系统是由系统是由硬件硬件（通用硬件和专用硬件）和（通用硬件和专用硬件）和软软件件（专用）两大部分组成的。（专用）两大部分组成的。现在学习的是第5页，共151页1、CNC系统硬件的层次结构系统硬件的层次结构n由计算机基本系统、设备支持层、由计算机基本系统、设备支持层、设备层三部分组成设备层三部分组成计计算算机机基基本本系系统统设备层设备层设备支持层设备支持层接接 口口人机控制人机控制运动控制运动控制PMC其

3、他其他I/O其他设备其他设备计算机系统计算机系统显示设备显示设备输入输入/出设备出设备机机床床机器人机器人测量机测量机.现在学习的是第6页，共151页计算机基本系统：计算机基本系统：CPU通信接口通信接口主轴控制主轴控制输入输入/输出接口输出接口RAMEPROM或或E2PROM纸带阅读机接口纸带阅读机接口位置控制位置控制CRT或液晶显示接口或液晶显示接口PLC接口接口MDI接口接口现在学习的是第7页，共151页2、CNC装置的软件框图装置的软件框图CNC装置系统软件装置系统软件管理软件管理软件零件零件程序程序的输的输入输入输出程出程序序显显示示故故障障诊诊断断译译码码刀刀具具补补偿偿计计算算插

4、插补补计计算算速速度度控控制制位位置置控控制制控制软件控制软件现在学习的是第8页，共151页3、CNC硬件软件的作用和相互关系硬件软件的作用和相互关系 硬件是基础，软件是灵魂 CNC装置的系统软件在系统硬装置的系统软件在系统硬件的支持下，合理地组织、管理整件的支持下，合理地组织、管理整个系统的各项工作，实现各种数控个系统的各项工作，实现各种数控功能，使数控机床按照操作者的要功能，使数控机床按照操作者的要求，有条不紊地进行加工。求，有条不紊地进行加工。现在学习的是第9页，共151页CNC系统的系统平台系统的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

5、序数控加工程序接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.现在学习的是第10页，共151页该平台有以下两方面的含义：该平台有以下两方面的含义：n提供提供CNC系统基本配置的必系统基本配置的必备功能；备功能；n在平台上可以根据用户的要在平台上可以根据用户的要求进行功能设计和开发。求进行功能设计和开发。现在学习的是第11页，共151页三、三、CNC装置的功能装置的功能CNC装置的功能是指满足用装置的功能是指满足用户操作和机床控制要求的方法和户操作和机床控制要求的方法和手段。手段。现在学习的是第12页，共151页CNC装置的功能通常包括：装置的功能通常包括：n基本功能基本功能数控系统基

6、本配置数控系统基本配置的功能，即必备功能；的功能，即必备功能；n选择功能选择功能用户可根据实际要用户可根据实际要求选择的功能求选择的功能现在学习的是第13页，共151页CNC装置的主要功能有：装置的主要功能有：1、控制功能、控制功能指装置能够控制的以及指装置能够控制的以及能够同时控制联动的轴数能够同时控制联动的轴数。现在学习的是第14页，共151页控制轴有移动轴和回转轴、控制轴有移动轴和回转轴、基本轴和附加轴。联动轴数越多，基本轴和附加轴。联动轴数越多，CNC装置的功能越强，加工的零装置的功能越强，加工的零件越复杂。件越复杂。现在学习的是第15页，共151页2、准备功能（）、准备功能（）用来指

7、令机床动作方式的功能。用来指令机床动作方式的功能。现在学习的是第16页，共151页 3、插补功能、插补功能主主要要用用于于对对零零件件轮轮廓廓加加工工的的控控制制；一一般般有有直直线线插插补补和和圆圆弧弧插插补补,还还可可以以有有2次次曲曲线线和样条曲线的插补等和样条曲线的插补等.现在学习的是第17页，共151页4、固定循环加工功能、固定循环加工功能 是数控系统实现典型加工循环是数控系统实现典型加工循环（如：钻孔、攻丝、镗孔、深孔钻（如：钻孔、攻丝、镗孔、深孔钻削和切螺纹等）的功能削和切螺纹等）的功能-可以简化可以简化编程编程.现在学习的是第18页，共151页5、进给功能、进给功能（1）切削进

8、给速度）切削进给速度 控控制制刀刀具具相相对对工工件件的的运运动动速速度度，单单位位为为mm/min。（2）同步进给速度）同步进给速度 实实现现切切削削速速度度和和进进给给速速度度的的同同步步，单单位位为为mm/r。（3）快速进给速度）快速进给速度:G00-可以通过面板来改变可以通过面板来改变.（4）进给倍率）进给倍率-可以通过面板来改变可以通过面板来改变 人工实时修调预先给定的进给速度人工实时修调预先给定的进给速度现在学习的是第19页，共151页6、主轴功能、主轴功能（1）指定主轴转速）指定主轴转速主轴转速的控制功能，单位为主轴转速的控制功能，单位为r/min。S*;（2）设置恒定线速度）设

9、置恒定线速度刀具切削点的切削速度为恒速的控制功能。刀具切削点的切削速度为恒速的控制功能。为了提高加工工件的表面质量为了提高加工工件的表面质量.（3）主轴准停）主轴准停主轴周向定位于特定位置控制的功能。主轴周向定位于特定位置控制的功能。-换刀换刀现在学习的是第20页，共151页7、辅助功能、辅助功能(M)主要用于指定主轴的正、反转、主要用于指定主轴的正、反转、停止、冷却液的打开或关闭，换刀等停止、冷却液的打开或关闭，换刀等动作。动作。现在学习的是第21页，共151页8、刀具功能、刀具功能T用来选择刀具并且指定有效刀具用来选择刀具并且指定有效刀具的几何参数的地址。的几何参数的地址。现在学习的是第2

10、2页，共151页9、补偿功能、补偿功能n刀具长度及半径补偿；刀具长度及半径补偿；n丝杆的螺距误差和反向间隙误差丝杆的螺距误差和反向间隙误差的补偿；的补偿；n可以在加工前输入到机床的存储可以在加工前输入到机床的存储单元里单元里,现在学习的是第23页，共151页10、字符图形显示功能、字符图形显示功能用于显示程序、零件图形、人机用于显示程序、零件图形、人机对话编程菜单和故障信息等。对话编程菜单和故障信息等。现在学习的是第24页，共151页11、通信功能、通信功能CNC与外界进行信息和数据交换的功能与外界进行信息和数据交换的功能RS232C接口，可传送零件加工程序，接口，可传送零件加工程序，网卡：适

11、应网卡：适应FMS、CIMS、IMS等制造系统集等制造系统集成的要求。成的要求。现在学习的是第25页，共151页12、自诊断功能、自诊断功能CNC自动实现故障预报和自动实现故障预报和故障定位的功能。故障定位的功能。q开机自诊断；开机自诊断；q在线自诊断；在线自诊断；q离线自诊断；离线自诊断；q远程通讯诊断。远程通讯诊断。现在学习的是第26页，共151页13、人机对话编程功能、人机对话编程功能菜单结构操作界面；菜单结构操作界面；零件加工程序的编辑环境；零件加工程序的编辑环境；系系统统和和机机床床参参数数、状状态态、故故障障信信息息的的显显示示、查查询或修改画面等。询或修改画面等。现在学习的是第2

12、7页，共151页第二节第二节CNC装置的硬件结构装置的硬件结构按其中含有按其中含有CPU的多少来分的多少来分:单微处理器结构单微处理器结构多微处理器结构多微处理器结构现在学习的是第28页，共151页单微处理器：单微处理器：整个整个CNC装置只有一个装置只有一个CPU，它集中控，它集中控制和管理整个系统资源，通过分时处理的方式制和管理整个系统资源，通过分时处理的方式来实现各种来实现各种NC功能。功能。现在学习的是第29页，共151页系统中只有一个系统中只有一个CPU(称为主称为主CPU)对系统对系统的资源有控制和使用权其它带的资源有控制和使用权其它带CPU的功能部件，的功能部件，只能接受主只能接

13、受主CPU的控制命令或数据，或向主的控制命令或数据，或向主CPU发出请求信息以获得所需的数据。即它发出请求信息以获得所需的数据。即它是处于以从属地位的，故称之为主从结构。是处于以从属地位的，故称之为主从结构。现在学习的是第30页，共151页多微处理器结构：多微处理器结构：CNC装置中有两个或两个以装置中有两个或两个以上的上的CPU，即系统中的某些功能，即系统中的某些功能模块自身也带有模块自身也带有CPU。现在学习的是第31页，共151页n经济型数控装置经济型数控装置一般采用单微处理器机构一般采用单微处理器机构n高级型高级型CNC装置装置常采用多微处理器结构常采用多微处理器结构现在学习的是第32

14、页，共151页一、单微处理器结构的一、单微处理器结构的CNC装置装置I/O设备设备计算机主板计算机主板显显示示卡卡功能模板功能模板m功能模板功能模板1电电子子盘盘多功能卡多功能卡位置控制板位置控制板n位置控制板位置控制板1PLC模块模块主轴控制模板主轴控制模板机床机床I/O控制面板控制面板速度控制单元速度控制单元1速度控制单元速度控制单元n功能驱动功能驱动1功能驱动功能驱动m系系统统总总线线（BUS）标准标准PC计算机计算机CNC装置装置CNC系统系统现在学习的是第33页，共151页CNCCNC装置是按模块化设计的方法构造的装置是按模块化设计的方法构造的模块化设计方法：模块化设计方法：将控制系

15、统按功能划分成若干种具有独将控制系统按功能划分成若干种具有独立功能的单元模块立功能的单元模块,并配上相应的驱动软件。并配上相应的驱动软件。系统设计时按功能的要求选择不同的功能模块，系统设计时按功能的要求选择不同的功能模块，并将其插入控制单元母板上，即可组成一个完并将其插入控制单元母板上，即可组成一个完整的控制系统的方法。其中单元母板一般为总整的控制系统的方法。其中单元母板一般为总线结构的无源母板，它提供模块间互联的信号线结构的无源母板，它提供模块间互联的信号通路。通路。现在学习的是第34页，共151页n实现实现CNC系统模块化设计的条件系统模块化设计的条件是是总线总线(BUS)标准化。标准化。

16、n采用模块化结构时，采用模块化结构时，CNC系统设系统设计工作则可归结为计工作则可归结为功能模块的合功能模块的合理选用。理选用。现在学习的是第35页，共151页1 1、计算机主板和系统总线、计算机主板和系统总线(母板母板)计算机主板是计算机主板是CNC装置的核心。装置的核心。包括：包括：nCPU及其外围芯片；及其外围芯片；n内存单元、内存单元、cache及其外围芯片；及其外围芯片；n通讯接口通讯接口(串口，并口，键盘接口串口，并口，键盘接口)。n软、硬驱动器接口软、硬驱动器接口现在学习的是第36页，共151页计算机主板的主要作用计算机主板的主要作用：对输入到对输入到CNC装置中的种种数据、信息

17、装置中的种种数据、信息(零零件加工程序，各种件加工程序，各种I/O信息等信息等)进行相应的算进行相应的算术和逻辑运算。并根据其处理结果，向各术和逻辑运算。并根据其处理结果，向各功能模块发出控制命令，传送数据，使用功能模块发出控制命令，传送数据，使用户的指令得以执行。户的指令得以执行。现在学习的是第37页，共151页系统总线系统总线(母板母板)：由一组传送数字信息的物理导线组成，由一组传送数字信息的物理导线组成，它是计算机系统内部进行数据或信息交换的它是计算机系统内部进行数据或信息交换的通道。通道。现在学习的是第38页，共151页工业用工业用PC机的总线母板是独立的无机的总线母板是独立的无源四层

18、板（走线面、元件面、电源层和源四层板（走线面、元件面、电源层和地线层），它的可靠性高于两层板。其地线层），它的可靠性高于两层板。其规格有规格有6槽、槽、8槽、槽、12槽、槽、14槽等。槽等。现在学习的是第39页，共151页2 2、显示模块、显示模块(显示卡显示卡)显示卡的主要作用是接收来自显示卡的主要作用是接收来自CPU的控制命的控制命令和显示用的数据，经与令和显示用的数据，经与CRT的扫描信号调的扫描信号调制后，产生制后，产生CRT显示器所需要的视频信号，显示器所需要的视频信号，在在CRT上产生所需要的画面。上产生所需要的画面。现在学习的是第40页，共151页在在CNC装置中，装置中，CRT

19、显示是一个非常显示是一个非常重要的功能，它是人机交流的重要媒介，它重要的功能，它是人机交流的重要媒介，它给用户提供了一个直观的操作环境，可使用给用户提供了一个直观的操作环境，可使用户能快速地熟悉适应其操作过程。户能快速地熟悉适应其操作过程。现在学习的是第41页，共151页显示卡是一个通用性很强的模块。它显示卡是一个通用性很强的模块。它不仅随时可以在市场上买到，而且它还有不仅随时可以在市场上买到，而且它还有非常丰富的支持软件，因此无需用户自己非常丰富的支持软件，因此无需用户自己开发。开发。现在学习的是第42页，共151页3、输入、输入/出模块出模块(多功能卡多功能卡)它是它是CNC装置与外界进行

20、数据和信息交换的装置与外界进行数据和信息交换的接口板，即接口板，即CNC装置通过该接口可以从输入设备获装置通过该接口可以从输入设备获取数据，也可以将取数据，也可以将CNC装置中的数据送给输出设装置中的数据送给输出设备。备。现在学习的是第43页，共151页该模块也是标准的该模块也是标准的PC机模块，机模块，一般不需要用户自己开发。如果计一般不需要用户自己开发。如果计算机主板选用的是算机主板选用的是ALL-IN-ONE主主板，则此板可省略。板，则此板可省略。现在学习的是第44页，共151页1）I/O信号的分类及接口电路的任务信号的分类及接口电路的任务现在学习的是第45页，共151页2）接口电路的主

21、要任务）接口电路的主要任务进行电平转换和功率放大；进行电平转换和功率放大；防止噪音引起误动作。防止噪音引起误动作。-抗干扰抗干扰光光电电耦耦合合器器或或继继电电器器将将CNC与与机机床床信信号号在在电电器器上加以隔离。上加以隔离。数数 字字 量量 与与 其其 它它 量量 之之 间间 的的 转转 换换-A/D,D/A现在学习的是第46页，共151页以上三部分，再配上键盘、电以上三部分，再配上键盘、电源、机箱，实际上是一部通用的微源、机箱，实际上是一部通用的微型计算机系统，它是型计算机系统，它是CNC装置的装置的核心，从某种意义上讲，核心，从某种意义上讲，CNC装装置的档次和性能是由它决定的。因置

22、的档次和性能是由它决定的。因此，此，CNC装置中计算机系统的合装置中计算机系统的合理选用是至关重要的。理选用是至关重要的。现在学习的是第47页，共151页4 4、存储模块、存储模块在在CNC装置中它用来存放下列数据和参数：装置中它用来存放下列数据和参数：系统软件、系统固有数据；系统软件、系统固有数据；系统的配置参数系统的配置参数(系统所能控制的进给轴数，系统所能控制的进给轴数，轴的定义，系统增益等轴的定义，系统增益等)用户的零件加工程序用户的零件加工程序现在学习的是第48页，共151页计算机领域所用存储器件有三类：计算机领域所用存储器件有三类：n磁存储器件，如：软磁存储器件，如：软/硬磁盘（读

23、硬磁盘（读/写）。写）。n光存储器件，如：光盘（只读）。光存储器件，如：光盘（只读）。n电子（半导体）存储器件，如电子（半导体）存储器件，如RAM、ROM、FLASH等。等。前两类一般用作外存储器，其特点是容量大，价格低前两类一般用作外存储器，其特点是容量大，价格低现在学习的是第49页，共151页在在CNC装置中，常采用电子存储器装置中，常采用电子存储器件作为外存储器，主要是考虑到件作为外存储器，主要是考虑到CNC装装置的工作环境有可能受到电磁干扰，磁性置的工作环境有可能受到电磁干扰，磁性器件的可靠性低，而电子存储器件的抗电器件的可靠性低，而电子存储器件的抗电磁干扰能力相对来讲要强一些。磁干扰

24、能力相对来讲要强一些。现在学习的是第50页，共151页电子存储器件按其读写性能来分：电子存储器件按其读写性能来分：n只读存储元件只读存储元件（ROM、PROM、EPROM）n易失性随机读写存储元件易失性随机读写存储元件（RAM）。）。n非易失性读写存储元件非易失性读写存储元件。这类器件有。这类器件有E2PROM；FLASH；带后备电池的；带后备电池的RAM。现在学习的是第51页，共151页5 5、PLC(Programmable Logic Controller)PLC(Programmable Logic Controller)模模块块nPLC模块：模块：CNC装置实现顺序控制的模装置实现顺

25、序控制的模块。块。nPLC模块的作用：模块的作用：接收来自操作面板、接收来自操作面板、机床上的各行程开关、传感器、按钮、强电柜机床上的各行程开关、传感器、按钮、强电柜里的继电器以及主轴控制、刀库控制的有关信里的继电器以及主轴控制、刀库控制的有关信号，经处理后输出去控制相应器件的运行。号，经处理后输出去控制相应器件的运行。现在学习的是第52页，共151页CNC装置与被控设备交换的信息有三类：装置与被控设备交换的信息有三类：n开关信号开关信号n模拟信号模拟信号n脉冲信号脉冲信号现在学习的是第53页，共151页上述信号由于其类型、电平、功上述信号由于其类型、电平、功率以及抗干扰的原因，一般不能直接与

26、率以及抗干扰的原因，一般不能直接与CNC装置相联，需要一个接口对这装置相联，需要一个接口对这些信号进行变换处理。些信号进行变换处理。现在学习的是第54页，共151页PMC模块实现方式有以几种：模块实现方式有以几种：n简单简单I/O接口板接口板系系统统总总线线数数字字接接口口光光电电隔隔离离器器件件A/DD/A转换转换调理电路调理电路功率放大功率放大传传感感元元件件功功率率放放大大光光电电隔隔离离器器件件计计数数器器计数脉冲计数脉冲滤波、倍频滤波、倍频整形整形开关量转换开关量转换脉冲量转换脉冲量转换模拟量转换模拟量转换现在学习的是第55页，共151页PLC（ProgrammableLogicCo

27、ntroller）控制：它是目）控制：它是目前前CNC系统用得最广泛的方式。系统用得最广泛的方式。电电 源源 模模 块块通信功能通信功能人人 机机 接接 口口编程调试和试验功能编程调试和试验功能至传感器和执行器的接口功能至传感器和执行器的接口功能应用程序的执行应用程序的执行操作系统功能操作系统功能应用程序存储应用程序存储数数 据据 存存 储储信号处理功能信号处理功能操作者操作者应用程序应用程序设计人员设计人员机器机器/过程过程PLCPLC系统的基本结构系统的基本结构外外部部供供电电外部设备外部设备现在学习的是第56页，共151页CNC机床用的机床用的PLC一般分为两类：一般分为两类：内装型内装

28、型（Built-inType）PLC（或集成式、内（或集成式、内含式）。含式）。独立型独立型（Stand-aloneType）PLC（或通用型）（或通用型）现在学习的是第57页，共151页 6、位置控制模块位置控制模块位置控制模块是进给伺服系统的位置控制模块是进给伺服系统的重要组成部分，是实现轨迹控制时，重要组成部分，是实现轨迹控制时，CNC装置与伺服驱动系统连接的接口装置与伺服驱动系统连接的接口模块。模块。现在学习的是第58页，共151页常用的位置控制模块有：常用的位置控制模块有：n开环位置控制模块：开环位置控制模块：CNC装置装置与步进电机驱动电源的接口；与步进电机驱动电源的接口；n闭环（

29、含半闭环）位置控制模闭环（含半闭环）位置控制模块：块：CNC装置与直流、交流伺装置与直流、交流伺服驱动装置的接口。服驱动装置的接口。现在学习的是第59页，共151页7、功能接口模块功能接口模块n实现用户特定功能要求的接口板，实现用户特定功能要求的接口板，n实例：实例：n仿形控制器接口；仿形控制器接口；n激光加工焦点自动跟踪器接口；激光加工焦点自动跟踪器接口；n刀具监控系统中的信号采集器接口板。刀具监控系统中的信号采集器接口板。现在学习的是第60页，共151页8、单微处理器结构特点、单微处理器结构特点:（1）集中控制分时处理；）集中控制分时处理；（2）CPU通通过过总总线线与与存存储储器器、I/

30、O相相连连，构构成成CNC装置；装置；（3）结构简单，容易实现。）结构简单，容易实现。现在学习的是第61页，共151页二、二、多微处理器结构的多微处理器结构的CNC装置装置多主多主CPU结构中，有两个或两个结构中，有两个或两个以上的以上的CPU部件，部件之间采用紧耦合，部件，部件之间采用紧耦合，有集中的操作系统，通过总线仲裁器有集中的操作系统，通过总线仲裁器(由由硬件和软件组成硬件和软件组成)来解决总线争用问题，来解决总线争用问题，通过公共存储器来进行信息交换。通过公共存储器来进行信息交换。现在学习的是第62页，共151页特点：特点：q能实现真正意义上的并行处理，处理速度能实现真正意义上的并行

31、处理，处理速度快，可以实现较复杂的系统功能。快，可以实现较复杂的系统功能。q容错能力强，在某模块出了故障后，通容错能力强，在某模块出了故障后，通过系统重组仍可断继续工作过系统重组仍可断继续工作现在学习的是第63页，共151页1、多处理机、多处理机CNC装置的基本功能模块装置的基本功能模块CNC管理模块管理模块CNC插补模块插补模块位置控制模块位置控制模块PLC模块模块操作与控制数据输入操作与控制数据输入/输出和显示模块输出和显示模块存储器模块存储器模块现在学习的是第64页，共151页（1）CNC管理模块管理模块系系统统初初始始化化、中中断断管管理理、总总线线裁裁决决、系系统统出出错错识识别别和

32、和处处理理、系系统统软软、硬硬件件诊诊断等。断等。现在学习的是第65页，共151页（2）CNC插补模块插补模块译译码码、刀刀具具半半径径补补偿偿、坐坐标标位位移移量量计计算算和和进进给给速速度度处处理理等等预预处处理理，插插补运算。补运算。现在学习的是第66页，共151页（3）位置控制模块）位置控制模块自动加减速，回基准点，伺服自动加减速，回基准点，伺服系统滞后量的监视和漂移补偿等。系统滞后量的监视和漂移补偿等。现在学习的是第67页，共151页（4）PLC模块模块（5）MDI/CRT、I/O模块模块；（6）存储器模块。）存储器模块。现在学习的是第68页，共151页2、多微处理器结构、多微处理器

33、结构CNC装置的典型结构装置的典型结构v共享总线型共享总线型v共享存储器型共享存储器型现在学习的是第69页，共151页（1）总线共享型结构）总线共享型结构多微处理器共享总线结构框图多微处理器共享总线结构框图现在学习的是第70页，共151页FANUC15系统硬件结构系统硬件结构FANUC BUS操作面板图形显示模块(CPU)通讯模块(CPU)自动编程模块(CPU)主存储器模块插补模块(CPU)PLC模块(CPU)位置控制模块(CPU)主轴控制模块CRT/MDII/O单元伺服驱动单元主轴单元现在学习的是第71页，共151页结构特征：结构特征：功能模块分为带有功能模块分为带有CPU或或DMA的主模块

34、的主模块和从模块和从模块(RAM/ROM，I/O模块模块)以系统总线为中心，所有的主、从模块都以系统总线为中心，所有的主、从模块都插在严格定义的标准系统总线上插在严格定义的标准系统总线上采用总线仲裁机构采用总线仲裁机构(电路电路)来裁定多个模块来裁定多个模块同时请求使用系统总线的竞争问题同时请求使用系统总线的竞争问题现在学习的是第72页，共151页 支持多微处理器系统的总线结构都支持多微处理器系统的总线结构都设计有设计有总线仲裁总线仲裁机构，常用的方式有：机构，常用的方式有：现在学习的是第73页，共151页串行总线仲裁连接方法串行总线仲裁连接方法现在学习的是第74页，共151页串行总线仲裁方式

35、中，优先权的排列是按连接位置串行总线仲裁方式中，优先权的排列是按连接位置决定的。决定的。某个主模块只有在前面优先权更高的主模块不占某个主模块只有在前面优先权更高的主模块不占用总线时，才可使用总线。同时通知它后面优先权较用总线时，才可使用总线。同时通知它后面优先权较低的主模块不得使用总线。低的主模块不得使用总线。现在学习的是第75页，共151页并行总线仲裁框图并行总线仲裁框图现在学习的是第76页，共151页并行总线仲裁方式中，通常采用优先权编码方案。并行总线仲裁方式中，通常采用优先权编码方案。这种结构的模块之间的通信，主要依靠存储器来实现。这种结构的模块之间的通信，主要依靠存储器来实现。大部分系

36、统采用公共存储器方式大部分系统采用公共存储器方式。现在学习的是第77页，共151页共享总线结构的优点共享总线结构的优点结构简单、系统组配灵结构简单、系统组配灵活、成本相对较低、可靠性高活、成本相对较低、可靠性高现在学习的是第78页，共151页共享总线结构的缺点共享总线结构的缺点n总线是系统的总线是系统的“瓶颈瓶颈”，一旦系统总，一旦系统总线出现故障，将使整个系统受到影响；线出现故障，将使整个系统受到影响；n由于使用总线要经仲裁，使信息传输率由于使用总线要经仲裁，使信息传输率降低降低现在学习的是第79页，共151页第三节第三节CNC装置的软件结构装置的软件结构CNC装置的软件是为了完成装置的软件

37、是为了完成CNC数数控机床的各项功能而专门设计和编制的，控机床的各项功能而专门设计和编制的，是一种专用软件，其结构取决于软件的是一种专用软件，其结构取决于软件的分工，也取决于软件本身的工作特点。分工，也取决于软件本身的工作特点。现在学习的是第80页，共151页一、软件与硬件在实现各种功能的特点和关系一、软件与硬件在实现各种功能的特点和关系关系：关系：从理论上讲从理论上讲，硬件能完成的功能也可，硬件能完成的功能也可以用软件来完成。从实现功能的角度看，以用软件来完成。从实现功能的角度看，软件与硬件在逻辑上是等价的。软件与硬件在逻辑上是等价的。现在学习的是第81页，共151页特点特点：n硬件处理速度

38、快，但灵活性差，实硬件处理速度快，但灵活性差，实现复杂控制的功能困难；现复杂控制的功能困难；n软件设计灵活，适应性强，但处理速软件设计灵活，适应性强，但处理速度相对较慢。度相对较慢。现在学习的是第82页，共151页软件、硬件实现功能的分配：软件、硬件实现功能的分配：现在学习的是第83页，共151页功能界面划分的准则功能界面划分的准则系统的性能价格比系统的性能价格比现在学习的是第84页，共151页二、二、CNC装置的软件结构特点装置的软件结构特点最突出特点：最突出特点：多任务并行处理多任务并行处理多重实时中断多重实时中断现在学习的是第85页，共151页1、多任务并行处理、多任务并行处理（1）CN

39、C装置的多任务性装置的多任务性任务定义：任务定义：可并发执行的程序在一个数据集可并发执行的程序在一个数据集合上的运行过程。合上的运行过程。现在学习的是第86页，共151页CNC的功能则可定义为的功能则可定义为CNC的任务：的任务：现在学习的是第87页，共151页CNC系统的任务要求并行处理：系统的任务要求并行处理：为了保证控制的连续性和为了保证控制的连续性和各任务执行的各任务执行的时序配合时序配合要求，要求，CNCCNC系统的任务必须采用并行处系统的任务必须采用并行处理，而不能逐一处理。理，而不能逐一处理。现在学习的是第88页，共151页（2）并行处理）并行处理并行处理是计算机在并行处理是计算

40、机在同一时刻同一时刻或或同一同一时间间隔时间间隔内完成两种或两种以上性质相内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作，运用并行处理技术可同或不同的工作，运用并行处理技术可提高运算速度。提高运算速度。现在学习的是第89页，共151页采用并行处理技术的目的采用并行处理技术的目的：合理使用和调配合理使用和调配CNCCNC系统的资源系统的资源 提高提高CNCCNC系统的处理速度。系统的处理速度。现在学习的是第90页，共151页并行处理的方法有：并行处理的方法有：资源共享资源共享资源重复资源重复时间重叠时间重叠现在学习的是第91页，共151页资源共享资源共享是根据是根据“分时共享分时共享”的原则，的原则，

41、使多个用户按时间顺序使用同一套设备；使多个用户按时间顺序使用同一套设备；时间重叠时间重叠使根据流水线处理技术，使使根据流水线处理技术，使多个处理过程在时间上相互错开，轮流使用多个处理过程在时间上相互错开，轮流使用同一套设备的几个部分；同一套设备的几个部分；资源重复资源重复是通过增加资源（如多是通过增加资源（如多CPU）提高运算速度。）提高运算速度。现在学习的是第92页，共151页CNC装置的装置的硬件设计硬件设计普遍采用普遍采用资源重复资源重复的并行处理方法；的并行处理方法；CNC装置的装置的软件设计软件设计常采用常采用资资源分时共享源分时共享和和资源重叠资源重叠的流水的流水线处理技术线处理技

42、术现在学习的是第93页，共151页1）资源分时共享并行处理）资源分时共享并行处理在在单单CPU装置装置中，主要采用中，主要采用CPU分时共享的分时共享的原则来解决多任务的同时运行原则来解决多任务的同时运行。资源分时共享资源分时共享在规定的时间长度（时在规定的时间长度（时间片）内，根据各任务实时性的要求，规间片）内，根据各任务实时性的要求，规定它们占用定它们占用CPU的时间，使它们分时共享系的时间，使它们分时共享系统的资源。统的资源。现在学习的是第94页，共151页“资源分时共享资源分时共享”的技术关键：的技术关键：其一：各任务的优先级分配问题其一：各任务的优先级分配问题其二：各任务占用其二：各

43、任务占用CPU的时间长度，的时间长度，即即时间片的分配问题时间片的分配问题现在学习的是第95页，共151页资源（资源（CPUCPU）分时共享图）分时共享图译译码码刀刀补补I/O显显示示初始初始化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现在学习的是第96页，共151页各任务占用CPUCPU 时间示意图现在学习的是第97页，共151页资源分时共享技术的特征资源分时共享技术的特征在在任任何何一一个个时时刻刻只只有有一一个个任任务务占占用用CPU；在在一一个个时时间间片片（如如8ms或或16ms）内内，CPU并并行行地地执执行行了了

44、两两个个或或两两个个以以上上的的任务。任务。现在学习的是第98页，共151页 因此，资源分时共享的并行因此，资源分时共享的并行处理只具有宏观上的意义，即从处理只具有宏观上的意义，即从微观上来看，各个任务还是逐一微观上来看，各个任务还是逐一执行的。执行的。现在学习的是第99页，共151页2、实时中断处理实时中断处理CNC系系统统的的中中断断管管理理主主要要由由硬硬件件完完成成，而而系系统统软软件件的的结结构构则则取取决决于于系系统的中断结构。统的中断结构。现在学习的是第100页，共151页n硬件主要提供支持中断功能的芯片和电路，硬件主要提供支持中断功能的芯片和电路，如中断管理芯片（如中断管理芯片

45、（8259或功能相同的芯片）或功能相同的芯片），定时器计数器（，定时器计数器（8253、8254等）等。等）等。n软件主要完成对硬件芯片的初始化、任软件主要完成对硬件芯片的初始化、任务优先级的定义、任务切换（断点的保务优先级的定义、任务切换（断点的保护于恢复、中断向量的保存与恢复等）护于恢复、中断向量的保存与恢复等）等。等。现在学习的是第101页，共151页（1）CNC系统的中断类型系统的中断类型1）外部中断；外部中断；2）内部定时中断；）内部定时中断；3）硬件故障中断；）硬件故障中断；4）程序性中断。）程序性中断。现在学习的是第102页，共151页（2）CNC系统中断结构模式系统中断结构模式

46、n前后台型中断模式前后台型中断模式n中断型结构模式中断型结构模式现在学习的是第103页，共151页1）中断型结构模式）中断型结构模式这这种种结结构构是是将将除除了了初初始始化化程程序序之之外外，整整个个系系统统软软件件的的各各个个任任务务模模块块分分别别安安排排在在不不同同级级别别的的中中断断服服务务程程序序中中，然然后后由由中中断断管管理理系系统统（由由硬硬件件和和软软件件组组成成）对对各各级级中中断断服服务务程程序序实实施施调调度度管管理理。整整个个软软件件就就是是一个大的中断管理系统。一个大的中断管理系统。现在学习的是第104页，共151页中断型结构中断优先级别划分中断型结构中断优先级别

47、划分优先级优先级主要功能主要功能中断源中断源0初始化初始化开机后进入开机后进入1CRT显示、显示、ROM校验校验硬件、主程序硬件、主程序2工作方式选择、插补准备工作方式选择、插补准备16ms软件定时软件定时3PLC控制控制16ms软件定时软件定时4参数、变量、数据存储器控制参数、变量、数据存储器控制硬件硬件5插补运算插补运算8ms软件定时软件定时6监控和急停信号监控和急停信号8ms软件定时软件定时7RS-232C输入中断输入中断硬件随机硬件随机8纸带阅读机纸带阅读机硬件随机硬件随机9报警报警串行传送报警串行传送报警10非屏蔽中断非屏蔽中断非屏蔽中断产生非屏蔽中断产生现在学习的是第105页，共1

48、51页中断型结构模式的特点中断型结构模式的特点(了解了解)任务调度机制：任务调度机制：抢占式优先调度。抢占式优先调度。信息交换：信息交换：缓冲区。缓冲区。实实时时性性好好。由由于于中中断断级级别别较较多多（最最多多可可达达8级级），强强实实时时性性任任务务可可安安排排在在优优先先级级较较高高的的中中断断服服务程序中。务程序中。模模块块间间的的关关系系复复杂杂，耦耦合合度度大大，不不利利于于对对系系统统的的维护和扩充。维护和扩充。现在学习的是第106页，共151页2）前后台型结构模式）前后台型结构模式整个系统软件分为两大部分：整个系统软件分为两大部分：前台程序前台程序后台程序后台程序。现在学习的

49、是第107页，共151页前台程序前台程序：是一个是一个实时中断程序实时中断程序，完成几乎，完成几乎全部的实时功能，实现与机床动作直接全部的实时功能，实现与机床动作直接相关的功能。如：插补、位控、机床相相关的功能。如：插补、位控、机床相关逻辑和监控等。关逻辑和监控等。现在学习的是第108页，共151页后台程序后台程序：是一个是一个循环执行程序循环执行程序。如：输。如：输入、译码、数据处理等插补前的准备入、译码、数据处理等插补前的准备工作和管理程序。工作和管理程序。现在学习的是第109页，共151页前后台程序运行关系图前台程序前台程序故障处理故障处理位置控制位置控制插补运算插补运算后台程序后台程序

50、译译码码刀补处理刀补处理速度预处理速度预处理输入输入/输出输出显示显示中断执行中断执行循环执行循环执行现在学习的是第110页，共151页前后台型结构模式的特点前后台型结构模式的特点任任务务调调度度机机制制:优优先先抢抢占占调调度度和和循循环环调调度度。前前台台程程序序的的调调度度是是优优先先抢抢占占式式的的；前前台台和和后台程序内部各子任务采用的是顺序调度。后台程序内部各子任务采用的是顺序调度。信信息息交交换换:缓缓冲冲区区。前前台台和和后后台台程程序序之之间间以及内部各子任务之间的。以及内部各子任务之间的。实实时时性性差差。在在前前台台和和后后台台程程序序内内无无优优先先级级等等级、级、也无