3数控系统的硬件结构及连接

数控系统的硬件结构及连接孙海亮一、数控系统的硬件结构类型主要内容二、数控系统硬件结构三、典型数控系统的硬件连接四、数控系统的常见板卡计算机数控装置液晶显示器MDI键盘“急停”按钮功能键机床控制面板(MCP)机床控制面板MCP数控系统硬件结构类型1.大板式结构和模块化结构大板式结构: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(集成度较高的系统把所有的电路都安装在一块板上)，其他相关子板(完成一定功能的电路板)，如ROM板、RAM板和PLC板都插在主板上面。优点: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。AB公司的8601就是大板式结构的CNC。缺点:硬件功能不易变动，柔性低。fanuc-6M系统模块化结构将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(称为硬件模块)，相应的软件也是模块结构，固化在硬件模块中。硬软件模块形成一个特定的功能单元，称为功能模块。功能模块间有明确定义的接口，接口是固定的，使用工厂标准或工业标准，彼此间可进行信息交换。各模块间连接的定义，形成了所谓的总线。设计简单，试制周期短，调整维护方便，(如果某个模块坏了，其他模块可照常工作，有可能进行部分CNC功能的操作)，有良好的适应性和扩展性。2.单微处理器和多微处理器结构在单微处理器CNC中，CPU通过总线与存储器和各种接口相连接，构成CNC的硬件支持，采取集中控制、分时处理的方式完成CNC对存储、插补运算、I／0控制、CRT显示等多任务的处理。采用单微处理器结构的CNC有德国Siemens公司的810／820系列，AB公司的8400系列等。单微处理器多微处理器结构的CNC装置把机床数字控制这个总任务划分为多个子任务，也称子功能模块。在硬件方面一般采用模块化结构，以多个(两个或两个以上)CPU配以相应的接口形成多个子系统，每个子系统分别承担不同的子任务，各子系统间协调动作共同完成整个数控任务。多微处理器结构多微处理器CNC区别于单微处理器CNC的最显著特点是通信，CNC的各项任务和职能都是依靠组成系统的各CPU之间的相互通信配合完成的。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。共享总线结构的典型代表是FANUC15系统。它按功能将系统划分为若干个功能模块，其中带有CPU的称为主模块，不带CPU的称为从模块。根据不同的配置可选用7、9、11和13个功能模块插件板。所有主从模块都插在配有总线插座的机柜内，通过共享总线把各个模块有效地连接在一起，按要求交换各种数据和信息，组成一个完整的实时多任务系统，实现CNC的预定功能，其硬件结构如图所示FANUC15系统的总线是FANUC公司白己设计的FANUCBUS共享总线结构的优点是系统配置灵活、结构简单、容易实现、造价低。缺点是会引起竞争，使信息传输率降低，总线一旦出现故障，会影响全局。共享总线结构共享存储器结构的典型代表有GE公司的MTC1CNC，其硬件结构如图所示。MTClCNC共有3个CPU，其中中央CPU负责数控程序的编辑、译码、刀具和机床参数的输入；显示CPU把中央CPU的指令和显示数据送到视频电路进行显示，此外还定时扫描键盘和倍率开关状态并送中央CPU进行处理；插补CPU完成插补运算、位置控制、I／O控制和RS232C通信等任务，还向中央CPU提供机床操作面板开关状态及所需显示的位置信息等。中央CPU与显示CPU和插补CPU之间各有512字节的公共存储器用于交换信息。共享存储器结构1)输入装置:完成程序,参数等信息的输入MDI信息载体2)输出装置:完成打印,穿孔显示等3)通信线路:实现串行通讯及网络功能4)CNC:完成与外围设备联系,控制系统各部分功能5)PLC:完成机床的顺序控制,换刀,APC等6)主轴单元:接受CNC的指令,控制主轴电机的转速及旋向7)速度单元:接收CNC的指令,控制各伺服轴的动作数控系统硬件结构组成:中央单元(CPU)总线BUS存储器(RAM,ROM)I/O接口电路PLC主轴单元速度控制单元CNC单元系统的构成总线,信息公共通路的总称物理导线分为:地址总线(DB)数据总线(AB)控制总线(CB)CPU构成：由运算器、控制器、内部寄存器两个因素:1）位数2）速度作用:对系统内部工件及操作进行统一控制,按照程序中指令的要求进行各种运算,使系统成为一个有机整体.BUS作用:①存放系统软件,零件程序参数等②存储运算的中间结果分类:存储器:RAM(随机存储器)既可读入也可写出,用来存放①程序②参数③中间结果①②均应保持。ROM:只读存储器，存放系统软件又分为:EPROM、E2ROM、闪存。FANUC0i系统的内部结构FANUC0i系统主CPU板的构成框图FANUC0i系统的CNC单元为大板结构。基本配置有:主板、存储器板、I/O板、伺服轴控制板电源板。各板插在主板上,与CPU的总线相连。(1)主板主CPU在该板上。主CPU用于系统主控,原来用80386,从1998年起改用80486/DX2。此外,显示的CRT控制也在该板上。(2)存储器板该板上有:①系统的控制软件ROM(共5片)。车床(0-T系统);铣床(镗床,钻床);加工中心(0-M系统);磨床(0-G系统);冲床(0-P系统)。不同类型的机床控制软件不同;②伺服控制软件ROM1片;③PMC-L的ROM芯片2片;用于存储机床的强电控制逻辑程序。④RAM芯片;用于寄存CPU的中间运算数据。⑤CMOSRAM;用于存储系统和机床参数、零件加工程序。根据用户要求配置,最大可为128K字节。CMOSRAM与4.5V电池相连,关机时保存信息。(3)I/O板该板是CNC单元与机床强电柜的接口。接收或输出24V直流信号,由PMC实施输入/输出控制。I/O点数可根据机床的复杂程度选择。标准配置为104个输入点,72个输出点。(4)进给伺服控制板FANUC0系统全部用数字式交流伺服控制.其控制板装在CNC单元内，即CNC单元与进给伺服为一体化设计。伺服板上有2个CPU(TMS320),用于伺服的数字控制。每个CPU控制2个轴,一块板可控制4个轴。该板接受主CPU分配的伺服控制指令,输出6个相位各差60°的脉宽调制信号(每轴),加于各轴的伺服驱动的功率放大器上。0-D系统为4轴(最大配置)控制,4轴联动。只用一块伺服板。0-C最多可控制6个轴,控制6个轴时需用2块板。数控系统的硬件连接华中数控802C与伺服驱动器SIMODRIVEBaseline和1K7K伺服电机的连接802C与伺服驱动器SIMODRIVEBaseline和1K7K伺服电机的连接802C与伺服驱动器SIMODRIVE611和1K7K伺服电机的连接SIN840C系统的硬件结构：华中数控四、数控系统的常见板卡华中数控华中数控“世纪星”HNC-21的内部板卡华中数控“世纪星”HNC-21的内部板卡:主板华中数控“世纪星”HNC-21的内部板卡:电源板华中数控华中数控华中数控“世纪星”HNC-21的内部板卡:键盘按键板“世纪星”HNC-21的内部板卡:键盘按键板FANUC0系统为全功能型。下列一些功能增加了系统的应用范围和操作的方便：①Cs轴轮廓控制。可以省掉Cf轴,用主轴的转动做为回转坐标与其它直线轴插补,加工轮廓曲线。②刚性攻丝。Z轴进给与主轴转动同步,不用弹簧卡头实现攻丝，从而提高了螺纹的加工精度。③PMC轴控制。用梯形图程序控制伺服进给轴，用于回转轴分度或定量位置进给。0-C系统PMC可控制2个进给轴。④主轴双刀架。系统的功能⑤0.1μm分辨率。系统分辨率标准设定为1μm。可用参数设定为其1/10。⑥加工程序的后台编辑。自动切削过程中可以编辑新的程序。⑦菜单编程。⑧图形会话在线自动编程。有多种形式,最新的是符号指令形式。易学,易操作。有工艺参数语句。⑨用户宏程序。一种参量编程软件包,用来编制加工程序(适合于成组工艺)或者用其接口变量编制PMC程序,控制CNC的运行状态。