基于片上系统的可重构数控系统研究.pdf

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1、2012年2月机床与液压Feb．2012第40卷第4期MACHINETOOL＆HYDRAULICSVo1．40No．4DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2012．04．019基于片上系统的可重构数控系统研究张庆，雷贤卿(1．河南科技大学机电工程学院，河南洛阳471003；2．商丘职业技术学院，河南商丘476000)摘要：为适应柔性化制造的发展趋势，提出一种基于可编程片上系统的机床数控系统设计方案，使得数控系统可以按需重构。给出了嵌入式数控系统的总体硬件设计；说明了可编程片上系统(SOPC)的内部架构和NiosII软核处理器具体配置，实现了MCU、DSP

2、和用户逻辑在一片FPGA芯片上的集成；设计了数控系统的重构方案并在EP2C50芯片上进行了重构实验，结果表明：整个重构周期耗时748ms，能满足数控机床使用中的现场实时重构要求。关键词：机床；数控系统；可编程片上系统；可重构系统中图分类号：TG659文献标识码：A文章编号：1001—3881(2012)4—049—3ResearchonReconfigurableCN『CSystemBasedonSystemonProgrammableChipTechnologyzHANGQing．LEIXianqing(1．CollegeofMechanicalandElectricalE

3、ngineering，HenanUniversityofScienceandTechnology，LuoyangHenan471003，China；2．ShangqiuVocationalTechnicalInstitute，ShangqiuHenan476000，China)Abstract：Tomeetthedevelopmenttrendofflexiblemanufacturing，aCNCsystemdesignschemewaspresentedbasedonsystemonprogrammablechip(SOPC)technologytOreconfigure

4、CNCsystemasneeded．TheoverallembeddedCNCsystemhardwaredesignwasintroduced．TheinternaldesignofSOPCandtheconfigurationofNiosIIsoft—processorwerespecified．MCU，DSPanduserlocwereintegratedinasingleFPGAchip．ReconfignrationschemeoftheCNCsystemwaspresented．TheCNCreconfigurationexperi—mentwascarriedo

5、utinFPGAEP2C50．Experimentalresultshowsthatthereconfigurationmethodiseficient．Thewholereconfigura—tionprocessconsumes748ms．ItmeetsthetimerequirementofCNCmachinetoolstorunreal-timeconfiguration．Keywords：Machinetools；CNCsystem；Systemonprogrammablechip；Reconfigurablesystem数控机床技术是20世纪70年代发展起来的机1

6、相关研究床控制新技术，是先进制造技术的核心技术之一。在国外，20世纪90年代初，德国EMAG公司开然而传统的数控系统大多为固定封闭式结构，用户发了立式多功能加工机床，在一台机床上实现从毛坯无法对现有数控设备的硬件和功能进行修改以满足至成品的全部加工。文献[5]中定义了可重构制自己的特殊要求。各厂商提供的操作方式也各不相造系统的特征，可重构数控系统应具备模块化、可集同。这些问题严重阻碍了CNC(ComputerNumerical成、可转换、可维护和可定制的特征。采用FPGA构Contro1)制造商、系统集成者和用户采用灵活、创建的数控系统能够很好地体现这些特征。在国内，文造性的

7、方法来解决当前数控加工和系统集成中的问献[4]中设计研制了可重构自动化制造系统题。数控系统必须具有迅速、高效、经济的面向(RAMS)，在可重构、高效自动化生产方面做了一客户的模块化特性和软硬件可重构能力，最新的制定的研究。文献[6]提出一种基于Windows造模式的核心思想之一便是柔性化制造，可重构数CE&DSP的开放式CNC实现方案。上位机嵌入式单控系统(ReconfigurableCNCSystems)应运而生。板计算机(SBC—C26)和下位机DSP运动控制卡通过可重构制造系统能够通过重组或改变自