基于Trio运动控制器的开放式数控系统研究.pdf

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1、基于Trio运动控制器的开放式数控系统研究口董晨口李宝福口张武杰上海大学机电工程与自动化学院上海200072摘要：给出了采用TrioEuro209运动控制器构建“PC+运动控制器”开放式数控系统的硬件平台．介绍了开放式数控系统软件平台各模块的功能和实现，论述了开放式数控系统设计中的关键技术，并且基于TrioEuro209运动控制器的独有功能，增加了切削力等模拟量信号的检测和运动合成等一些特殊功能，为同类应用研究提供了有效途径。关键词：开放式数控系统运动控制Trio运动控制器中图分类号：TH136．2文献标识码：A

2、文章编号：1000—4998~012)03—0022—03目前广泛应用的数控系统主要用于机床几何运动的控制．很少有对位置、速度以外其它物理量的处理能力，如力、功率和温度等的实时监控，这些功能的缺失对进一步提高机床的加工精度、使用安全性等极为不利。另外，这些数控系统的结构体系具有封闭性且兼容性和维护性差，难以进行功能的拓展，难以把特殊的加工工艺、管理经验和操作技术等引入数控系统，难以进行数控技术的基础性研究。开放式数控系统采用模块化、层次化的体系结构．以其独特的应用特点和开发灵活性．成为新型数控系统的主体。为了满足

3、教学和科研的需要，笔者在一台数控车床基础上，采用体系结构为“PC"4-运动控制器”的开放式数控系统取代原车床配置的Siemens$802系统，保留了原系统的大部分功能，增加了切削力检测、基于切削力加工误差补偿等一些特殊功能．提高了机床的使用安全性和加工精度。~3c4"r绍该系统的设计。设置主轴转速、开关量I／0控制主轴的开停和旋转方1系统硬件设计向。通过开关量I／O接口，运动控制器不仅可以接收限Trio公司的Euro209是一款性价比极高的多轴运位开关和零点开关信号．还可以控制切削液泵、润滑泵动控制卡，可提供多达

4、9轴的精密步进或伺服控制，并和刀架等的运行。该运动控制器还内置有一个ADC，且集成了数字及模拟I／0、通讯接口、扩展轴接口。基有两通道模拟量输入，系统中这两通道用于检测功率、于Trio运动控制器的开放式数控系统硬件构成如图1切削力等模拟量。所示，数控器由PC机和运动控制器组成。其中，PC起2软件系统到主机和人机界面的作用，实现数控编程、向Euro209发出运动控制指令、监控运动控制器及机床的状态和基于Euro209的开放式数控系统的软件包括运行相关参数等功能；Euro209运动控制器执行插补等运于PC机上的上位机

5、软件和运动控制器软件两部分。动控制。两者之间通过以太网接口(Ethernet)连接，实由于数控机床的多轴运动控制并不只是简单的指令传现双向高速数据访问。送问题，还涉及到更为复杂的逻辑及调度问题，所以在运动控制器上的轴控制模块提供了伺服电机／步PC和运动控制器的功能划分上必须充分考虑运动控进电机的标准接口，很方便地控制车床上的、z轴的制的实时性和可靠性问题。Trio运动控制器本身就是运动，机床主轴由变频器调速。运动控制器通过D／A一个可以执行多任务程序的嵌入式系统(图2)，而以收稿日期：2011年10月Window

6、s为操作系统的PC不具有实时处理能力。因2012／3机械制造50卷第571期GOTOloop2．1-3回机床零点当车床上的行程开关与控制器I／O口连接后，可以用参数DATUMIN记录零点搜寻开关的输入点，然后利用DATUM指令搜寻零点位置，代码举例如下：BASE(0)INVERT_IN(12，ON)DATUMIN=12—DATUM(5)2．1．4运动合成由于热变形和切削力的影响，总会引起加工误差，如果掌握了加工误差的形成规律。可以在走刀轨迹上此．整个系统的运动问题应全部交给控制器来做，PC反向叠加加工误差，就在一

7、定程度上消除加工误差，达机通过设置各个状态位来实现对运动过程的调度。到提高加工精度的目的，这就是所谓的加工误差补偿2．1运动控制器软件原理。Euro209内置有比较完整的运动控制程序，可以Trio运动控制器提供的ADDAx指令就可以将轴以指令的形式调用，用户可以根据需要将一串指令编A的运动叠加到轴B上，在轴B形成较复杂的轨迹成一个“宏指令”(即用户程序)，用于控制更为复杂的(图3)。轴A可以运动。用户程序用TrioBASIC编写，可在运动控制器是任一轴。不一定软件开发环境MotionPerfect2中开发。Eur

8、o209支持多在系统里物理存在线程运行．可创建不同的程序配合上位机软件实现多的轴。可以为虚拟种功能。本系统中，运动控制器软件比较简单，主要的轴。这个指令非常功能子程序有：初始化、模拟信号采集、返回机床零点、适合加T误差的补运动合成(误差补偿)程序等。偿。假定车床的z2．1．1初始化程序轴为控制器的1初始化程序主要完成轴参数和坐标原点的设置，轴，车削外圆时，用其中轴参数主要