【正文】 個 CPU(稱為主 CPU)對系統(tǒng)的資源有控制和使用權(quán)其它帶 CPU的功能部件 ， 只能接受主 CPU的控制命令或數(shù)據(jù) ， 或向主 CPU發(fā)出請求信息以獲得所需的數(shù)據(jù) 。 即它是處于以從屬地位的 ， 故稱之為主從結(jié)構(gòu) 。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 30 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) – 多主結(jié)構(gòu) ：系統(tǒng)中有兩個或兩個以上帶 CPU的模塊部件對系統(tǒng)資源有控制或使用權(quán)。模塊之間采用緊耦合，有集中的操作系統(tǒng)，通過仲裁器來解決總線爭用問題，通過共公存儲器進行交換信息。 – 分布式結(jié)構(gòu) ：系統(tǒng)有兩個或兩個以上帶 CPU的功能模塊，各模塊有自己獨立的運行環(huán)境，模塊間采用松耦合，且采用通訊方式交換信息。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 31 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) 二 . 單機或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹 – CNC裝置是按模塊化設(shè)計的方法構(gòu)造的 。 ? 模塊化設(shè)計方法 ：將控制系統(tǒng)按功能劃分成若干具有獨立功能的單元模塊 ,并配上相應(yīng)的驅(qū)動軟件 。系統(tǒng)設(shè)計時按功能的要求選擇不同的功能模塊 ， 并將其插入控制單元母板上 ， 即可組成一個完整的控制系統(tǒng)的方法 。 其中單元母板一般為總線結(jié)構(gòu)的無源母板 ， 它提供模塊間互聯(lián)的信號通路 。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 32 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) – 實現(xiàn) CNC系統(tǒng)模塊化設(shè)計的條件是總線 (BUS)標(biāo)準(zhǔn)化 。 – 采用模塊化結(jié)構(gòu)時 ， CNC系統(tǒng)設(shè)計工作則可歸結(jié)為功能模塊的合理選用 。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 33 CNC 系統(tǒng)硬件框圖 1 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 34 I/O設(shè)備 計算機主板 顯 示 卡 功能模板 m 功能模板 1 電 子 盤 多功能卡 位置控制板 n 位置控制板 1 PLC模塊 主軸控制模板 機床 I/O 控制面板 速度控制單元 1 速度控制單元 n 功能驅(qū)動 1 功能驅(qū)動 m … … … … 系 統(tǒng) 總 線（BUS） 標(biāo)準(zhǔn) PC計算機 CNC裝置 CNC系統(tǒng) 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) 1. 計算機主板和系統(tǒng)總線 (母板 ) ? 計算機主板是 CNC裝置的核心 。 功能結(jié)構(gòu)： – CPU及其外圍芯片； – 內(nèi)存單元 、 cache及其外圍芯片； – 通訊接口 (串口 ， 并口 ， 鍵盤接口 )。 – 軟 、 硬驅(qū)動器接口 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 35 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) ? 計算機主板的主要作用 ：對輸入到 CNC裝置中的種種數(shù)據(jù)、信息 (零件加工程序，各種 I/O信息等 )進行相應(yīng)的算術(shù)和邏輯運算。并根據(jù)其處理結(jié)果，向各功能模塊發(fā)出控制命令，傳送數(shù)據(jù)，使用戶的指令得以執(zhí)行。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 36 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) ? 系統(tǒng)總線 (母板 )：由一組傳送數(shù)字信息的物理導(dǎo)線組成，它是計算機系統(tǒng)內(nèi)部進行數(shù)據(jù)或信息交換的通道： – 數(shù)據(jù)總線 – 地址總線： – 控制總線： ? 工業(yè)用 PC機的總線母板是獨立的無源四層板（走線面、元件面、電源層和地線層），它的可靠性高于兩層板。其規(guī)格有 6槽、 8槽、 12槽、 14槽等。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 37 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) 2. 顯示模塊 (顯示卡 ) ? 顯示卡的主要作用 ：接收來自 CPU的控制命令和顯示用的數(shù)據(jù) ， 經(jīng)與 CRT的掃描信號調(diào)制后 ， 產(chǎn)生 CRT顯示器所需要的視頻信號 ， 在 CRT上產(chǎn)生所需要的畫面 。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 38 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) ? 在 CNC裝置中， CRT顯示是一個非常重要的功能，它是人機交流的重要媒介 ，它給用戶提供了一個直觀的操作環(huán)境，可使用戶能快速地熟悉適應(yīng)其操作過程。 ? 顯示卡是一個通用性很強的模塊。它不僅隨時可以在市場上買到，而且它還有非常豐富的支持軟件，因此無需用戶自己開發(fā)。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 39 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) 3. 輸入 /出模塊 (多功能卡 ) ? 它是 CNC裝置與外界進行數(shù)據(jù)和信息交換的接口板 ， 即 CNC裝置通過該接口可以從輸入設(shè)備獲取數(shù)據(jù) ， 也可以將 CNC裝置中的數(shù)據(jù)送給輸出設(shè)備 。 ? 該模塊也是標(biāo)準(zhǔn)的 PC機模塊 ， 一般不需要用戶自己開發(fā) 。 如果計算機主板選用的是 ALLINONE 主板 ， 則此板可省略 。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 40 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) 以上三部分 ， 再配上鍵盤 、 電源 、 機箱 ， 實際上是一部通用的微型計算機系統(tǒng) ， 它是 CNC裝置的核心 ， 從某種意義上講 ， CNC裝置的檔次和性能是由它決定的 。 因此 ， CNC裝置中計算機系統(tǒng)的合理選用是至關(guān)重要的 。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 41 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) 4. 電子盤 (存儲模塊 ) ? 電子盤是 CNC裝置特有的存儲模塊 。 在 CNC裝置中它用來存放下列數(shù)據(jù)和參數(shù)： – 系統(tǒng)軟件 、 系統(tǒng)固有數(shù)據(jù)； – 系統(tǒng)的配置參數(shù) (系統(tǒng)所能控制的進給軸數(shù) ， 軸的定義 ，系統(tǒng)增益等 )； – 用戶的零件加工程序 。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 42 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) ? 計算機領(lǐng)域所用存儲器件有三類： – 磁存儲器件，如：軟 /硬磁盤（讀 /寫）。 – 光存儲器件，如：光盤（只讀）。 – 電子（半導(dǎo)體）存儲器件，如 RAM、 ROM、FLASH等。 前兩類一般用作外存儲器，其特點是容量大，價格低。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 43 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) ? 電子存儲器件一般用作內(nèi)存儲器，其價格高于前兩類。若按其讀寫性能來看，它又可分為三類 – 只讀存儲元件（ ROM、 PROM、 EPROM） – 易失性隨機讀寫存儲元件（ RAM）。 – 非易失性讀寫存儲元件。這類器件有： E2PROM； FLASH； 帶后備電池的 RAM。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 44 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) ? 在 CNC裝置中，常采用電子存儲器件作為外存儲器，主要是考慮到 CNC裝置的工作環(huán)境有可能受到電磁干擾，磁性器件的可靠性低，而電子存儲器件的抗電磁干擾能力相對來講要強一些。 ? 因電子器件組成的存儲單元是按磁盤的管理方式進行的，故稱其為 電子盤 。 ? 電子盤的規(guī)格有： 、 、 6MB、 12MB等。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 45 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) 5. PLC(Programmable Logic Controller)模塊 ? PLC模塊 ： CNC裝置實現(xiàn)順序控制的模塊 。 ? PLC模塊的作用 ：接收來自操作面板 、 機床上的各行程開關(guān) 、 傳感器 、 按鈕 、 強電柜里的繼電器以及主軸控制 、 刀庫控制的有關(guān)信號 ， 經(jīng)處理后輸出去控制相應(yīng)器件的運行 。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 46 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) ? CNC裝置與被控設(shè)備交換的信息有三類： – 開關(guān)信號； – 模擬信號； – 脈沖信號。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 47 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) CNC機床用的 PLC一般分為兩類： ? 內(nèi)裝型 （ Builtin Type） PLC（ 或稱集成式、內(nèi)含式）。 ? 獨立型 （ Standalone Type） PLC ， 或稱為 “ 通用型 ” PLC 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 48 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) 6. 位置控制模塊 ? 位置控制模塊是進給伺服系統(tǒng)的重要組成部分 ，是實現(xiàn)軌跡控制時 ， CNC裝置與伺服驅(qū)動系統(tǒng)連接的接口模塊 。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 49 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) ? 常用的位置控制模塊有： – 開環(huán)位置控制模塊： CNC裝置與步進電機驅(qū)動電源的接口； – 閉環(huán)（含半閉環(huán)）位置控制模塊： CNC裝置與直流、交流伺服驅(qū)動裝置的接口。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 50 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) 7. 功能接口模塊 ? 實現(xiàn)用戶特定功能要求的接口板 ， ? 實例： – 仿形控制器接口； – 激光加工焦點自動跟蹤器接口； – 刀具監(jiān)控系統(tǒng)中的信號采集器接口板 。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 51 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 52 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)軟件是一個典型而又復(fù)雜的實時系統(tǒng) 。 本節(jié)將首先介紹系統(tǒng)軟硬件界面的關(guān)系 ，然后從系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)流的角度來分析 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程 ， 并從多任務(wù)性和實時性的角度來分析 CNC系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)特點 ， 最后介紹一個典型 CNC裝置系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu) 。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 53 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 一 、 CNC裝置軟件和硬件的功能界面 ? 合理確定 CNC裝置軟件硬件的功能分擔(dān)就是所謂的軟件和硬件的功能界面劃分的概念 。 ? 在信息處理方面 ， 軟件與硬件在邏輯上是等價的 ，即硬件能完成的功能從理論上講也可以用軟件來完成 。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 54 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) ? 硬件和軟件在實現(xiàn)各種功能時的特點： – 硬件處理速度快，但靈活性差，實現(xiàn)復(fù)雜控制的功能困難。 – 軟件設(shè)計靈活，適應(yīng)性強，但處理速度相對較慢。 功能界面劃分的準(zhǔn)則：系統(tǒng)的性能價格比 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 55 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) ? 數(shù)控系統(tǒng)功能界面的幾種劃分： 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù) 56 輸 入 預(yù)處理 位置檢測 插補運算 位置控制 速度控制 伺服電機 程序 硬件 硬件 硬件 硬件 硬件 軟件 軟件 軟件 軟件 軟件和硬件的功能界面 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 二 、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 CNC系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)之一就是如何將由零件加工程序表達(dá)的加工信息，變換成各進給軸的位移指令、主軸轉(zhuǎn)速指令和輔助動作指令，控制加工設(shè)備的軌跡運動和邏輯動作，加工出符合要求的零件。 下午 3時 19分 數(shù)控技術(shù)