【文章內(nèi)容簡介】 序的功能，進(jìn)行插補(bǔ)前的準(zhǔn)備工作。1級中斷有13種功能，對應(yīng)著口狀態(tài)字中的13個(gè)位，每位對應(yīng)于一個(gè)處理任務(wù)。在進(jìn)入1級中斷服務(wù)時(shí)，先依次查詢口狀態(tài)字的0~12位的狀態(tài)，再轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)（表42）。其處理過程見圖412。口狀態(tài)字的置位有兩種情況：一是由其他中斷根據(jù)需要置1級中斷請求的同時(shí)置相應(yīng)的口狀態(tài)字；二是在執(zhí)行1級中斷的某個(gè)口子處理時(shí)，置口狀態(tài)字的另一位。當(dāng)某一口的處理結(jié)束后，程序?qū)⒖跔顟B(tài)字的對應(yīng)位清除。圖412 1級中斷各口處理轉(zhuǎn)換框圖2級中斷服務(wù)程序的主要工作是對數(shù)控面板上的各種工作方式和I/O信號處理。3級中斷則是對用戶選用的外部操作面板和電傳機(jī)的處理。4級中斷最主要的功能是完成插補(bǔ)運(yùn)算。7CM系統(tǒng)中采用了“時(shí)間分割法”（數(shù)據(jù)采樣法）插補(bǔ)。此方法經(jīng)過CNC插補(bǔ)計(jì)算輸出的是一個(gè)插補(bǔ)周期T（8ms）的F指令值，這是一個(gè)粗插補(bǔ)進(jìn)給量，而精插補(bǔ)進(jìn)給量則是由伺服系統(tǒng)的硬件與軟件來完成的。一次插補(bǔ)處理分為速度計(jì)算、插補(bǔ)計(jì)算、終點(diǎn)判別和進(jìn)給量變換四個(gè)階段。5級中斷服務(wù)程序主要對紙帶閱讀機(jī)讀入的孔信號進(jìn)行處理。這種處理基本上可以分為輸入代碼的有效性判別、代碼處理和結(jié)束處理三個(gè)階段。6級中斷主要完成位置控制、4ms定時(shí)計(jì)時(shí)和存儲器奇偶校驗(yàn)工作。7級中斷實(shí)際上是工程師的系統(tǒng)調(diào)試工作，非使用機(jī)床的正式工作。中斷請求的發(fā)生，除了第6級中斷是由4ms時(shí)鐘發(fā)生之外，其余的中斷均靠別的中斷設(shè)置，即依靠各中斷程序之間的相互通訊來解決。例如第6級中斷程序中每兩次設(shè)置一次第4級中斷請求（8ms）；每四次設(shè)置一次第2級中斷請求。插補(bǔ)的第4級中斷在插補(bǔ)完一個(gè)程序段后，要從緩沖器中取出一段并作刀具半徑補(bǔ)償，這時(shí)就置第1級中斷請求，并把4號口置1。表42 FANUCBESK 7CM CNC系統(tǒng)1級中斷的13種功能口狀態(tài)字對應(yīng)口的功能0顯示處理1公英制轉(zhuǎn)換2部分初始化3從存儲區(qū)（MP、PC或SP區(qū)）讀一段數(shù)控程序到BS區(qū)4輪廓軌跡轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡5“再啟動(dòng)”處理6“再啟動(dòng)”開關(guān)無效時(shí)，刀具回到斷點(diǎn)“啟動(dòng)”處理7按“啟動(dòng)”按鈕時(shí)，要讀一段程序到BS區(qū)的預(yù)處理8連續(xù)加工時(shí)，要讀一段程序到BS區(qū)的預(yù)處理9紙帶閱讀機(jī)反繞或存儲器指針返回首址的處理A啟動(dòng)紙帶閱讀機(jī)使紙帶正常進(jìn)給一步B置M、S、T指令標(biāo)志及G96速度換算C置紙帶反繞標(biāo)志下面介紹FANUCBESK 7CM中斷型CNC系統(tǒng)的工作過程及其各中斷程序之間的相互關(guān)聯(lián)。（1）開機(jī) 開機(jī)后，系統(tǒng)程序首先進(jìn)入初始化程序，進(jìn)行初始化狀態(tài)的設(shè)置，ROM檢查工作。初始化結(jié)束后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入0級中斷服務(wù)程序，進(jìn)行CRT顯示處理。每4ms的間隔，進(jìn)入6級中斷。由于1級、2級和4級中斷請求均按6級中斷的定時(shí)設(shè)置運(yùn)行，從此以后系統(tǒng)就進(jìn)入輪流對這幾種中斷的處理。（2）啟動(dòng)紙帶閱讀機(jī)輸入紙帶 作好紙帶閱讀機(jī)的準(zhǔn)備工作后，將操作方式置于“數(shù)據(jù)輸入”方式，按下面板上的主程序MP鍵。按下紙帶輸入鍵，控制程序在2級中斷“紙帶輸入鍵處理程序”中啟動(dòng)一次紙帶閱讀機(jī)。當(dāng)紙帶上的同步孔信號讀入時(shí)產(chǎn)生5級中斷請求。系統(tǒng)響應(yīng)5級中斷處理，從輸入存儲器中讀入孔信號，并將其送入MP區(qū)，然后再啟動(dòng)一次紙帶閱讀機(jī)，直到紙帶結(jié)束。（3）啟動(dòng)機(jī)床加工1）當(dāng)按下機(jī)床控制面板上的“啟動(dòng)”按鈕后，在2級中斷中，判定“機(jī)床啟動(dòng)”為有效信息，置1級中斷7號口狀態(tài)，表示啟動(dòng)按鈕后要求將一個(gè)程序段從MP區(qū)讀入BS區(qū)中。2）程序轉(zhuǎn)入1級中斷，在處理到7號口狀態(tài)時(shí)，置3號口狀態(tài)，表示允許進(jìn)行“數(shù)控程序從MP區(qū)讀入BS區(qū)”的操作。3）在1級中斷依次處理完后返回3號口處理，把一數(shù)控程序段讀入BS區(qū)，同時(shí)置已有新加工程序段讀入BS區(qū)標(biāo)志。4）程序進(jìn)入4級中斷，根據(jù)“已有新加工程序段讀入BS區(qū)”的標(biāo)志，置“允許將BS內(nèi)容讀入AS”的標(biāo)志，同時(shí)置1級中斷4號口狀態(tài)。5）程序再轉(zhuǎn)入1級中斷，在4號口處理中，把BS內(nèi)容讀入AS區(qū)中，并進(jìn)行插補(bǔ)軌跡計(jì)算，計(jì)算后置相應(yīng)的標(biāo)志。6）程序再進(jìn)入4級中斷處理，進(jìn)行其插補(bǔ)預(yù)處理，處理結(jié)束后置“允許插補(bǔ)開始”標(biāo)志。同時(shí)由于BS內(nèi)容已讀入AS，因此置1級中斷的8號口，表示要求從MP區(qū)讀一段新程序段到BS區(qū)。此后轉(zhuǎn)入速度計(jì)算→插補(bǔ)計(jì)算→進(jìn)給量處理，完成第一次插補(bǔ)工作。7）程序進(jìn)入6級中斷，把4級中斷送出的插補(bǔ)進(jìn)給量分兩次進(jìn)給。8）再進(jìn)入1級中斷，8號口處理中允許再讀入一段，置3號口。再3號口處理中把新程序段從MP區(qū)讀入BS區(qū)。9）反復(fù)進(jìn)行4級、6級、1級等中斷處理，機(jī)床在系統(tǒng)的插補(bǔ)計(jì)算中不斷進(jìn)給，顯示器不斷顯示出新的加工位置值。整個(gè)加工過程就是由以上各級中斷進(jìn)行若干次處理完成的。由此可見，整個(gè)系統(tǒng)的管理采用了中斷程序間的各種通信方式實(shí)現(xiàn)的。其中包括：（a）設(shè)置軟件中斷。第4級中斷由軟件定時(shí)實(shí)現(xiàn)，第6級中斷由時(shí)鐘定時(shí)發(fā)生，每4ms中斷一次。這樣每發(fā)生兩次6級中斷，設(shè)置一次4級中斷請求，每發(fā)生四次6級中斷，設(shè)置一次2級中斷請求。將6級中斷聯(lián)系起來。（b）每個(gè)中斷服務(wù)程序自身的聯(lián)接是依靠每個(gè)中斷服務(wù)程序的“口狀態(tài)字”位。如1級中斷分成13個(gè)口，每個(gè)口對應(yīng)“口狀態(tài)字”的一位，每一位對應(yīng)處理一個(gè)任務(wù)。進(jìn)行1級中斷的某口的處理時(shí)可以設(shè)置“口狀態(tài)字”的其他位的請求，以便處理完某口的操作時(shí)立即轉(zhuǎn)入到其他口的處理。 （c）設(shè)置標(biāo)志。標(biāo)志是各個(gè)程序之間通信的有效手段。如4級中斷每8ms中斷一次，完成插補(bǔ)預(yù)處理功能。而譯碼、刀具半徑補(bǔ)償?shù)仍?級中斷中進(jìn)行。當(dāng)完成了其任務(wù)后應(yīng)立刻設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志，若未設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志，CNC會跳過該中斷服務(wù)程序繼續(xù)往下進(jìn)行。2． 前后臺型結(jié)構(gòu)模式該結(jié)構(gòu)模式的CNC系統(tǒng)的軟件分為前臺程序和后臺程序。前臺程序是指實(shí)時(shí)中斷服務(wù)程序，實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)、伺服、機(jī)床監(jiān)控等實(shí)時(shí)功能。這些功能與機(jī)床的動(dòng)作直接相關(guān)。后臺程序是一個(gè)循環(huán)運(yùn)行程序，完成管理功能和輸入、譯碼、數(shù)據(jù)處理等非實(shí)時(shí)性任務(wù)，也叫背景程序，管理軟件和插補(bǔ)準(zhǔn)備在這里完成。后臺程序運(yùn)行中，實(shí)時(shí)中斷程序不斷插入，與后臺程序相配合，共同完成零件加工任務(wù)。圖413所示為前后臺軟件結(jié)構(gòu)中，實(shí)時(shí)中斷程序與后臺程序的關(guān)系圖。這種前后臺型的軟件結(jié)構(gòu)一般適合單處理器集中式控制，對CPU的性能要求較高。程序啟動(dòng)后先進(jìn)行初始化，再進(jìn)入后臺程序環(huán)，同時(shí)開放實(shí)時(shí)中斷程序，每隔一定的時(shí)間中斷發(fā)生一次，執(zhí)行一次中斷服務(wù)程序，此時(shí)后臺程序停止運(yùn)行，實(shí)時(shí)中斷程序執(zhí)行后，再返回后臺程序。后臺程序初始化實(shí)時(shí)中斷程序圖413 前后臺軟件結(jié)構(gòu)美國AB7360 CNC軟件是一種典型的前后臺型軟件。其結(jié)構(gòu)框圖如圖414所示。該圖的右側(cè)是實(shí)時(shí)中斷程序處理的任務(wù)，、閱讀機(jī)中斷和鍵盤中斷。其中閱讀機(jī)中斷優(yōu)先級最高，鍵盤中斷優(yōu)先級最低。閱讀機(jī)中斷僅在輸入零件程序時(shí)啟動(dòng)了閱讀機(jī)后才發(fā)生，鍵盤中斷也僅在鍵盤方式下發(fā)生。左側(cè)則是背景程序處理的任務(wù)。背景程序是一個(gè)循環(huán)執(zhí)行的主程序，而實(shí)時(shí)中斷程序按其優(yōu)先級隨時(shí)插入背景程序中。 當(dāng)AB7360 CNC控制系統(tǒng)接通電源或復(fù)位后，首先運(yùn)行初始化程序，然后，設(shè)置系統(tǒng)有關(guān)的局部標(biāo)志和全局性標(biāo)志；設(shè)置機(jī)床參數(shù)；預(yù)清機(jī)床邏輯I/O信號在RAM中的映象區(qū)；設(shè)置中斷向量；，最后進(jìn)入緊停狀態(tài)。此時(shí)，機(jī)床的主軸和坐標(biāo)軸伺服系統(tǒng)的強(qiáng)電時(shí)斷開的，程序處于對“緊停復(fù)位”的等待循環(huán)中。，控制面板上的開關(guān)狀態(tài)隨時(shí)被掃描，并設(shè)置了相應(yīng)的標(biāo)志，以供主程序使用。一旦操作者按了“緊停復(fù)位”按鈕，接通機(jī)床強(qiáng)電時(shí)，程序下行，背景程序起動(dòng)。首先進(jìn)入MCU總清（即清除零件程序緩沖區(qū)、鍵盤MDI緩沖區(qū)、暫存區(qū)、插補(bǔ)參數(shù)區(qū)等），并使系統(tǒng)進(jìn)入約定的初始控制狀態(tài)（如G0G90等），接著根據(jù)面板上的方式進(jìn)行選擇，進(jìn)入相應(yīng)的方式服務(wù)環(huán)中。各服務(wù)環(huán)的出口又循環(huán)到方式選擇例程，背景程序便轉(zhuǎn)到新的方式服務(wù)環(huán)中。無論背景程序處于何種方式服務(wù)中。圖414 7360 CNC軟件總框圖在背景程序中，自動(dòng)/單段是數(shù)控加工中的最主要的工作方式，在這種工作方式下的核心任務(wù)是進(jìn)行一個(gè)程序段的數(shù)據(jù)預(yù)處理，即插補(bǔ)預(yù)處理。即一個(gè)數(shù)據(jù)段經(jīng)過輸入譯碼、數(shù)據(jù)處理后，就進(jìn)入就緒狀態(tài)，等待插補(bǔ)運(yùn)行。所以圖414中段執(zhí)行程序的功能是將數(shù)據(jù)處理結(jié)果中的插補(bǔ)用信息傳送到插補(bǔ)緩沖器，并把系統(tǒng)工作寄存器中的輔助信息（S、M、T代碼）送到系統(tǒng)標(biāo)志單元，以供系統(tǒng)全局使用。在完成了這兩種傳送之后，背景程序設(shè)立一個(gè)數(shù)據(jù)段傳送結(jié)束標(biāo)志及一個(gè)開放插補(bǔ)標(biāo)志。在這兩個(gè)標(biāo)志建立之前，定時(shí)中斷程序盡管照常發(fā)生，但是不執(zhí)行插補(bǔ)及輔助信息處理等工作，僅執(zhí)行一些例行的掃描、監(jiān)控等功能。這兩個(gè)標(biāo)志的設(shè)置體現(xiàn)了背景程序?qū)?shí)時(shí)中斷程序的控制和管理。這兩個(gè)標(biāo)志建立后，實(shí)時(shí)中斷程序即開始執(zhí)行插補(bǔ)、伺服輸出、輔助功能處理，同時(shí)，背景程序開始輸入下一程序段，并進(jìn)行新一個(gè)數(shù)據(jù)段的預(yù)處理。在這里，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須保證在任何情況下，在執(zhí)行當(dāng)前一個(gè)數(shù)據(jù)段的實(shí)時(shí)插補(bǔ)運(yùn)行過程中必須將下一個(gè)數(shù)據(jù)段的預(yù)處理工作結(jié)束，以實(shí)現(xiàn)加工過程的連續(xù)性。這樣，在同一時(shí)間段內(nèi)，中斷程序正在進(jìn)行本段的插補(bǔ)和伺服輸出，而背景程序正在進(jìn)行下一段的數(shù)據(jù)處理。即在一個(gè)中斷周期內(nèi)，實(shí)時(shí)中斷開銷一部分時(shí)間，其余時(shí)間給背景程序。一般情況下，下一段的數(shù)據(jù)處理及其結(jié)果傳送比本段插補(bǔ)運(yùn)行的時(shí)間短，因此，在數(shù)據(jù)段執(zhí)行程序中有一個(gè)等待插補(bǔ)完成的循環(huán)，在等待過程中不斷進(jìn)行CRT顯示。由于在自動(dòng)/單段工作方式中，有段后停的要求，所以在軟件中設(shè)置循環(huán)停請求。若整個(gè)零件程序結(jié)束，一般情況下要停機(jī)。若僅僅本段插補(bǔ)加工結(jié)束而整個(gè)零件程序未結(jié)束，則又開始新的循環(huán)。循環(huán)停處理程序是處理各種停止?fàn)顟B(tài)的，例如在單段工作方式時(shí)，每執(zhí)行完一個(gè)程序段時(shí)就設(shè)立循環(huán)停狀態(tài)，等待操作人員按循環(huán)啟動(dòng)按鈕。如果系統(tǒng)一直處于正常的加工狀態(tài)，則跳過該處理程序。關(guān)于中斷程序，除了閱讀機(jī)和鍵盤中斷是在其特定的工作情況下發(fā)生外。該時(shí)間是7360 CNC的實(shí)際位置采樣周期，也就是采用數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)方法（時(shí)間分割法）的插補(bǔ)周期。該實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷服務(wù)程序是系統(tǒng)的核心。CNC的實(shí)時(shí)控制任務(wù)包括位置伺服、面板掃描、機(jī)床邏輯（可編程應(yīng)用邏輯PAL程序）、實(shí)時(shí)診斷和輪廓插補(bǔ)等都在其中實(shí)現(xiàn)。第四節(jié) CNC系統(tǒng)的輸入輸出與通信功能 一、 CNC裝置的輸入輸出和通信要求CNC裝置作為控制獨(dú)立的單臺機(jī)床設(shè)備時(shí)，通常需要與下列設(shè)備相接并進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸 入、輸出并與其他裝置設(shè)備進(jìn)行信息交換和傳遞，具體要求如下：（1）數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備。如光電紙帶閱讀機(jī)（PTR），紙帶穿孔機(jī)（PP），零件的編程機(jī)和可編程控制器（PLC）的編程機(jī)等。（2）外部機(jī)床控制面板，包括鍵盤和終端顯示器。特別是大型數(shù)控機(jī)床，為了操作方便，往往在機(jī)床一側(cè)設(shè)置一個(gè)外部的機(jī)床控制面板。其結(jié)構(gòu)可以是固定的，或者是懸掛式的。它往往遠(yuǎn)離CNC裝置。早期CNC裝置采用專用的遠(yuǎn)距離輸出輸入接口，近來采用標(biāo)準(zhǔn)的RS232C／20mA電流環(huán)接口。（3）通用的手搖脈沖發(fā)生器。（4）進(jìn)給驅(qū)動(dòng)線路和主軸驅(qū)動(dòng)線路。一般情況下，主軸驅(qū)動(dòng)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)線路與CNC裝置裝在同一機(jī)柜或相鄰機(jī)柜內(nèi)，通過內(nèi)部連線相連，它們之間不設(shè)置通用輸出輸入接口。例如，西門子公司Sinumerik3或8系統(tǒng)設(shè)有V24（RS232C）／20mA接口供程序輸入輸出之用。Sinumerik810／820設(shè)有兩個(gè)通用V24／20mA接口，可用以連接數(shù)據(jù)輸出輸入設(shè)備。 而外部機(jī)床控制面板通過I／O模塊相連。規(guī)定V24接口傳輸距離不大干50m，20mA電流環(huán)接口可達(dá)1000m。隨著工廠自動(dòng)化（FA）和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的發(fā)展，CNC裝置作為FA或CIMS結(jié)構(gòu)中的一個(gè)基礎(chǔ)層次，用作設(shè)備層或工作站層的控制器時(shí)，可以是分布式數(shù)控系統(tǒng)（DNC或稱群控系統(tǒng)），柔性制造系統(tǒng)（FMS）的有機(jī)組成部分。一般通過工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)相連。CNC裝置除了要與數(shù)據(jù)輸出輸入設(shè)備等外部設(shè)備相連接外，還要與上級主計(jì)算機(jī)或DNC 計(jì)算機(jī)直接通信或通過工廠局部網(wǎng)絡(luò)相連，具有網(wǎng)絡(luò)通信功能。CNC裝置與上級計(jì)算機(jī)或單元控制器間交換的數(shù)據(jù)要比單機(jī)運(yùn)行時(shí)多得多。例如，機(jī)床起停信號、操作指令、機(jī)床狀態(tài)信息、零件程序的傳送，其他CNC數(shù)據(jù)的傳送等。為此，傳送的速率也要高些，一般通過RS232c／20mA接口的傳送速率不超過9600bit／s。 美國AB公司8600系統(tǒng)為滿足CIMS通信要求，配置如下三種接口：小型DNC接口；遠(yuǎn)距離輸入輸出接口；數(shù)據(jù)高速通道（Data Highway），相當(dāng)于工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)的通信接口。FANUCl5系統(tǒng)也有類似接口功能。CNC裝置通過專用通信處理機(jī)，遠(yuǎn)程緩沖存儲器， RS422接口，采用通信協(xié)議Protocol A或B，／s，若采用HDLC協(xié)議，傳送速率可達(dá)920Kbit／s。，以便接人工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)。Sinumerik850／880系統(tǒng)除配置有標(biāo)準(zhǔn)的RS232C接口外，還設(shè)置有SINEC H1網(wǎng)絡(luò)接口和MAP（Manufacturing Automation Protocol 制造自動(dòng)化協(xié)議）網(wǎng)絡(luò)接口（或稱SINEC H2接口）。通過網(wǎng)絡(luò)接口可將CNC 連至西門子的SINEC H1網(wǎng)絡(luò)和MAP工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)中。SINEC H1網(wǎng)絡(luò)類似Ether net（以太網(wǎng)），遵循CSMA／CD（載波偵聽多路存?。瘺_突檢測）。西門子的SINECH2工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)（LAN） 協(xié)議，以令牌通行（token Passing）。二、CNC系統(tǒng)常用外設(shè)及接口 CNC系統(tǒng)的外部設(shè)備是指為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制任務(wù)而設(shè)置的輸入與輸出裝置。我們知道，不同的數(shù)控設(shè)備配備外部設(shè)備（簡稱外設(shè)）的類型和數(shù)量都不一樣。大體來說，外設(shè)包括輸入設(shè)備和輸出設(shè)備兩種。輸入設(shè)備常見的有自動(dòng)輸入的紙帶閱讀機(jī)、磁帶機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器，手動(dòng)輸入的有鍵盤、手動(dòng)操作的各種控制開關(guān)等。零件的加工程序、各種補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)、開關(guān)狀態(tài)等都要通過輸入設(shè)備送入數(shù)控系統(tǒng)。輸出設(shè)備常見的有通用顯示器（如指示燈）、外部位置顯示器（如CRT顯示器、發(fā)光二極管（LED）顯示器等）、紙帶穿孔機(jī)、電傳打字機(jī)、行式打印機(jī)等。下面介紹一些常見的外部設(shè)備和相應(yīng)接口。1．紙帶閱讀機(jī)輸入及工作原理