数控原理与系统-第3章-数控系统软硬件ppt课件.ppt

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1、数控原理与系统第3章数控系统的软硬件及相关技术●3.1数控系统组成与原理●3.2数控系统硬件结构概述●3.3数控系统软件结构●3.4数控系统I/O接口●3.5数控机床的通信技术3.1数控系统组成与原理3.1.1数控系统组成图3-1计算机数控系统的组成框图3.1数控系统组成与原理1．操作面板2．输入／输出装置3．计算机数控装置(CNC装置)4．伺服单元5．驱动装置6．可编程逻辑控制器(PLC)3.1数控系统组成与原理3.1.2数控系统的基本原理CNC的控制软件主要完成如下基本任务。①系统管理。②操作指令处理。③零件程序的编辑。④零件程序

2、的输入、解释与执行。⑤系统状态显示。⑥手动数据输入MDI。⑦故障报警和诊断3.1数控系统组成与原理图3-3CNC对零件程序的处理过程3.2数控系统硬件结构概述3.2.1数控系统的硬件构成1．计算机部分2．电源部分3．面板接口和显示接口4．开关量I/O接口5．内装型PLC部分6．伺服输出和位置反馈接口7．主轴控制接口8．外设接口3.2数控系统硬件结构概述3.2.2大板式结构和模块化结构1大板式结构特点是：CNC装置内一般都有一块大板，称为主板。主板上装有主CPU和各轴的位置控制电路等其他相关子板，如ROM板、RAM板和PLC板都插在主板

3、上面。大板式结构的CNC装置结构紧凑、体积小、可靠性高、价格低、有很高的性能价格比。但大板式结构硬件功能不易变动，不利于组织生产。3.2数控系统硬件结构概述PLC板主电路板光缆通信板图形控制板附件轴板ROM/RAM板电源单元板图3-4大板式结构示意图3.2数控系统硬件结构概述2．模块化结构模块化结构数控装置是将CPU、存储器、输入输出控制、位置检测、显示部件等分别做成插件板，相应的软件也是模块结构，被固化在硬件模块中。3.2数控系统硬件结构概述图3-5Fanuc15系统的结构框图3.2数控系统硬件结构概述3.2.3单微处理器结构和多处

4、理器结构按CNC装置内的微处理器(CPU)数量可分为单微处理器和多微处理器结构两类1.单微处理器结构。单微处理器结构是指在CNC装置中只有一个微处理器（CPU），工作方式为集中控制、分时处理CNC的各项任务，如存储、插补运算、I/O控制、CRT显示等。3.2数控系统硬件结构概述2．多微处理器结构多微处理器结构的CNC装置将数控系统的总任务划分为多个子任务，也称为子功能模块，每个子任务由一个独立的CPU来控制。在多微处理器结构中，CPU之间有两种耦合形式，即紧耦合和松耦合。目前使用的多微处理系统有三种不同的结构，即主从式系统、总线式多主

5、CPU系统和分布式系统。多微处理器结构的CNC的典型通信方式有共享总线和共享存储器两类结构。3.2数控系统硬件结构概述3.2.4开放式数控装置的体系结构伴随着计算机软件取得的重大成果，开放式数控系统产生了三种结构类型:专用CNC+PC型运动控制器+PC型纯PC型3.3数控系统软件结构3.3.1CNC系统软硬件的界面CNC系统的软件是为实现其各项功能而编写的专用软件，又称系统软件。系统软件进一步可分为管理软件和控制软件。管理软件和控制软件又由不同的功能模块组成，如图3-12所示。3.3数控系统软件结构CNC系统软件管理软件控制软件输入输

6、入输出处理显示诊断译码刀具补偿插补速度控制位置控制图3-12CNC系统软件框图3.3数控系统软件结构随着功能要求的不同，不同产品的软硬件界面是不一样的，如图3-13所示是三种典型CNC系统的软硬件界面。图3-13三种典型CNC系统的软硬件界面3.3数控系统软件结构3.3.2CNC控制软件的特点1．CNC装置的多任务并行处理CNC是一个专用的实时多任务操作系统，它的系统程序包括管理和控制两大任务系统的管理包括通信、显示、诊断、零件程序的输入/输出以及人机界面管理(参数设置、程序编辑、文件管理等)，这类程序实时性要求不高系统的控制包括译码

7、、刀具补偿、速度处理、插补、位置控制、开关量I/O控制等，这类程序完成实时性很强的控制任务3.3数控系统软件结构并行处理是指计算机在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不相同的工作并行处理分为“资源重复”法、“时间重叠”法和“资源共享”法等并行处理方法目前CNC系统的硬件结构中，广泛使用“资源重复”的并行处理技术，如采用多CPU的体系结构来提高系统的速度。而在CNC系统的软件中，主要采用“资源分时共享”和“资源重叠的流水处理”方法。补充内容并行性：指计算机系统具有可以同时进行运算或操作的特性，在同一时间完成两种或两种以

8、上工作。并发性：同一段时间内发生的并行性同时性：同一个时刻发生的并行性并行性存在于计算机系统的各个层次指令级并行：多条指令间并行线程级并行：多个线程或进程间并行多处理器系统：多个处理器系统间并行并行处理技术（1）并行性概