【正文】 用關系、信息交換方式等功能都由實時操作系統(tǒng)來實現(xiàn)。從而弱化了模塊間的耦合關系 。 四 . CNC系統(tǒng)軟件結構模式 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 109 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 系統(tǒng)的開放性和可維護性好 從本質上講 ， 前述結構模式采用的是單一流程加中斷控制的機制 ， 一旦開發(fā)完畢 ， 系統(tǒng)將是的完全封閉（ 對系統(tǒng)的開發(fā)者也是如此 ） ， 若想對系統(tǒng)進行功能擴充和修改將是困難的 。 在本模式中 ， 系統(tǒng)功能的擴充或修改 ， 只須將編寫好的任務模塊 （ 模塊程序加上任務控制塊 （ TCB）） ， 掛到實時操作系統(tǒng)上 （ 按要求進行編譯 ） 即可 。 因而 ，采用該模式開發(fā)的 CNC系統(tǒng)具有良好的開放性和可維護性 。 四 . CNC系統(tǒng)軟件結構模式 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 110 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 減少系統(tǒng)開發(fā)的工作量 在 CNC系統(tǒng)軟件開發(fā)中 ， 系統(tǒng)內核 （ 任務管理 、 調度 、 通信機制 ） 的設計開發(fā)的往往是很復雜的 ， 而且工作量也相當大 。 當以現(xiàn)有的實時操作系統(tǒng)為內核時 ， 即可大大減少系統(tǒng)的開發(fā)工作量和開發(fā)周期 。 四 . CNC系統(tǒng)軟件結構模式 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 111 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 基于實時操作系統(tǒng)開發(fā) CNC系統(tǒng)的方法 ? 在商品化的實時操作系統(tǒng)下開發(fā) CNC系統(tǒng) ， 國外有些著名 CNC系統(tǒng)廠家采用了這種方式 。 ? 將通用 PC機操作系統(tǒng) （ DOS、 WINDOWS） 擴充擴展成實時操作系統(tǒng) ， 然后在此基礎上開發(fā) CNC系統(tǒng)軟件 。 目前國內有些 CNC系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家就是采用的這種方法 。該法的優(yōu)點在于 DOS WINDOWS是得到普遍應用的操作系統(tǒng) ， 擴充擴展相對較容易 ， 有利于形成具有我國自主版權的數(shù)控軟件 ， 這是一種適合我國國情的好方法 。 四 . CNC系統(tǒng)軟件結構模式 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 112 現(xiàn)代數(shù)控技術 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件的實時操作環(huán)境是在 DOS操作系統(tǒng) 上擴充擴展而成的。以該環(huán)境為內核，實現(xiàn)了一個開放式的數(shù)控系統(tǒng)軟件平臺，它能提供方便的二次開發(fā)環(huán)境，使之能靈活地組配不同類型的數(shù)控系統(tǒng)和擴充系統(tǒng)的功能。因而，這種結構具有良好的開放性和可維護性。 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 113 現(xiàn)代數(shù)控技術 編輯 程序 參數(shù)設置 解釋 程序 PLC 管理 MDI 故障顯示 …… 過程控制軟件 NCBIOS RTM MSDOS 位置控制 I/O控制 PLC控制 低層軟件 過程層軟件 NABASE 華中 I 型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 114 現(xiàn)代數(shù)控技術 ⒈ 軟件結構概述 華中 Ⅰ 型數(shù)控系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件由兩部分組成： ? 底層軟件 （ 軟件平臺 ） ? 上層軟件 (過程層軟件 ) 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 115 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 底層軟件 （ 軟件平臺 ） 圖中虛線以下的部分： DOS、 RTM和 NCBIOS ? RTM模塊 ：為自主開發(fā)的 實時多任務管理模塊，負 責 CNC系統(tǒng)的任務管理調度。 ? NCBIOS模塊 ：為基本輸入系統(tǒng)，管理 CNC系統(tǒng)所有的外部控制對象，包括設備驅動程序（ I/O） 的管理、位置控制、PLC控制、插補計算以及內部監(jiān)控等。 ? NCBASE ： RTM和 NCBIOS的統(tǒng)稱。 編輯 程序 參數(shù) 設置 解釋 程序 PLC 管理 MDI 故障 顯示 …… 過程控制軟件 NCBIOS RTM MSDOS 位置控制 I/O控制 PLC控制 低層軟件 過程層軟件 NABASE 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 116 現(xiàn)代數(shù)控技術 ?上層 （ 過程控制層 ） 軟件： 虛線以上部分 。 ? 主要功能模塊：編輯 程序 、 參數(shù)設置 、 譯 碼程序 、 PLC管理 、 MDI、 故障顯示等與用戶操作 有關功能子模塊 。 ? 不同數(shù)控系統(tǒng) ， 其系統(tǒng)功能的區(qū)別和增減均在這一層實現(xiàn) 。 ? 各功能模塊都通過 NCBIOS與底層進行信息交換 ， 使上層模塊與系統(tǒng)的硬件無關 。 這便是本系統(tǒng)具有開放性的關鍵所在 。 編輯 程序 參數(shù) 設置 解釋 程序 PLC 管理 MDI 故障 顯示 …… 過程控制軟件 NCBIOS RTM MSDOS 位置控制 I/O控制 PLC控制 低層軟件 過程層軟件 NABASE 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 117 現(xiàn)代數(shù)控技術 2. NCBASE的功能 ? 實時多任務調度 該功能由 RTM模塊實現(xiàn) ， 它是通過 DOS的 INT08中斷功能構造的調度核心來實現(xiàn)對多任務調度的 。 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 118 現(xiàn)代數(shù)控技術 調度核心結構及其多任務調度圖 刀 補 運 算 譯 碼 解 釋 動 態(tài) 顯 示 人 機 界 面 PLC 功 能 數(shù) 據(jù) 采 集 插 補 運 算 位 置 控 制 時鐘中斷 服務程序 任 務 調度程序 調度核心 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 119 現(xiàn)代數(shù)控技術 調度核心程序框圖 保護現(xiàn)場保護協(xié)處理器數(shù)據(jù)各定時任務計時轉向調度程序中斷服務程序框圖設置堆棧是否掛起過 ?調度程序框圖取就緒隊列讀任務狀態(tài)恢復斷點進入任務取隊列中下一任務NY五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 120 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? CNC 任務的劃分及優(yōu)先級的確定 華中 I型將任務劃分為 8個 ， 優(yōu)先級從高到低排列為 ： ? 位置控制任務 （ 4ms） ； ? 插補計算任務 （ 8ms） ； ? 數(shù)據(jù)采集任務 （ 12ms） ； ? PLC任務 （ 16ms） ； ? 刀補運算任務 （ 條件 （ 緩沖區(qū) ） 驅動 ） ； ? 譯碼解釋任務 （ 條件 （ 緩沖區(qū) ） 驅動 ） ； ? 動態(tài)顯示任務 （ 96ms） ； ? 人機界面 （ 菜單管理 ， 一次性死循環(huán)任務 ） 。 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 121 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 設備驅動程序 功能： 滿足不同的控制對象 （ 加工中心 、 銑床 、 車床 、 磨床等 ） 不同硬件配置對不同驅動程序的要求 。 實現(xiàn)系統(tǒng)的通用性 。 實現(xiàn)： 在配置系統(tǒng)時 ， 將所有的硬件模塊的驅動程序都在NCBIOS的 （ 類似于 DOS的 ） 中說明 。 系統(tǒng)在運行時 ， NCBIOS根據(jù) ，調入對應模塊的驅動程序 ， 建立相應的接口通道 。 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 122 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 位置控制 位置控制是 NCBIOS的一個固定程序 ， 其主要功能是接受插補運算程序送來的位置控制指令 ， 經(jīng)進行螺距誤差補償 、 傳動間隙補償 、 極限位置判別等處理后 ， 輸出速度指令值給位置控制模塊 。 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 123 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 插補器 華中 I型為數(shù)控系統(tǒng)多通道 （ 最多可達 4通道 ） 數(shù)控系統(tǒng) ， 每個通道有一個插補器 ， 相應就創(chuàng)建一個插補任務 。 該任務主要完成以下工作：直線 、圓弧 、 螺紋 、 攻絲以及微小直線段 （ 供自由曲線和自由曲面加工用 ） 等的插補運算 。 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 124 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? PLC調度 PLC調度的主要任務是：故障報警處理 、 MST處理 、急停和復位處理 、 虛擬軸驅動處理 、 刀具壽命管理 、操作面板開關處理 、 指示燈及突發(fā)事件處理等 。 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 125 現(xiàn)代數(shù)控技術 3. NCBIOS提供給上層軟件的接口 ? NC功能調用接口 ? 插補器接口：供插補預處理 （ 譯碼 、 刀補 、 速度預處理 ）的數(shù)據(jù)給底層軟件； ? 故障信息交換接口； ? 設備調用接口 。 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 126 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 數(shù)據(jù)通訊區(qū) 上層軟件通過數(shù)據(jù)區(qū)觀察系統(tǒng)的狀態(tài)，包括坐標軸狀態(tài)（軸位置、跟隨誤差、運動速度）、輸入 /輸出狀態(tài)、 PLC內部狀態(tài)等。 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 127 現(xiàn)代數(shù)控技術 第四節(jié) CNC裝置的插補原理 一、概述 1. 插補的概念 ? 插補 (Interpolation)： 根據(jù)給定進給速度和給定輪廓線形的要求，在輪廓的已知點之間，確定一些中間點的方法，這種方法稱為插補方法或插補原理。 ? 插補算法：對應于每種插補方法 (原理 )的各種實現(xiàn)算法。 ? 插補功能是輪廓控制系統(tǒng)的本質特征。 第三章 計算機數(shù)控裝置 * 128 現(xiàn)代數(shù)控技術 2. 評價插補算法的指標 ? 穩(wěn)定性指標 ? 插補運算是一種迭代運算，存在著算法穩(wěn)定性問題。 ? 插補算法穩(wěn)定的充必條件：在插補運算過程中，對計算誤差和舍入誤差沒有累積效應 。 ? 插補算法穩(wěn)定是確保輪廓精度要求的前提。 一 、 概述 第四節(jié) CNC裝置的插補原理 * 129 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 插補精度指標 ? 插補精度：插補輪廓與給定輪廓的符合程度，它可用插補誤差來評價。 ? 插補誤差分類： ? 逼近誤差（指用直線逼近曲線時產(chǎn)生的誤差）； ? 計算誤差（指因計算字長限制產(chǎn)生的誤差）； ? 圓整誤差 其中，逼近誤差和計算誤差與插補算法密切相關。 一 、 概述 第四節(jié) CNC裝置的插補原理 * 130 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 采用逼近誤差和計算誤差較小的插補算法；采用優(yōu)化的小數(shù)圓整法，如：逢奇（偶）四舍五入法、小數(shù)累進法等。 ? 一般要求上述三誤差的綜合效應小于系統(tǒng)的最小運動指令或脈沖當量 。 一 、 概述 第四節(jié) CNC裝置的插補原理 * 131 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 合成速度的均勻性指標 ? 合成速度的均勻性：插補運算輸出的各軸進給率，經(jīng)運動合成的實際速度（ Fr） 與給定的進給速度（ F ） 的符合程度。 ? 速度不均勻性系數(shù)： ? 合成速度均勻性系數(shù)應滿足： λ max ≤ 1 % %100*F FF r???一 、 概述 第四節(jié) CNC裝置的插補原理 * 132 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 插補算法要盡可能簡單 ， 要便于編程 因為插補運算是實時性很強的運算，若算法太復雜，計算機的每次插補運算的時間必然加長，從而限制進給速度指標和精度指標的提高。 一 、 概述 第四節(jié) CNC裝置的插補原理 * 133 現(xiàn)代數(shù)控技術 3. 插補方法的分類 ? 脈沖增量插補 (行程標量插補 ) ? 特點： ? 每次插補的結果僅產(chǎn)生一個單位的行程增量 （一個脈沖當量）。以一個一個脈沖的方式輸出給步進電機。其基本思想是：用折線來逼近曲線（包括直線）。 一 、 概述 第四節(jié) CNC裝置的插補原理 * 134 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 插補速度與進給速度密切相關 。因而進給速度指標難以提高，當脈沖當量為 10μ m時，采用該插補算法所能獲得最高進給速度是 34 m/min。 ? 脈沖增量插補的實現(xiàn)方法較簡單 ，通常僅用加法和移位運算方法就可完成插補。因此它比較容易