【正文】 用關(guān)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(guān)系 。 四 . CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 109 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? 系統(tǒng)的開放性和可維護性好 從本質(zhì)上講 ， 前述結(jié)構(gòu)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(wù)模塊 （ 模塊程序加上任務(wù)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(jié)構(gòu)模式 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 110 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? 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(nèi)核 （ 任務(wù)管理 、 調(diào)度 、 通信機制 ） 的設(shè)計開發(fā)的往往是很復(fù)雜的 ， 而且工作量也相當(dāng)大 。 當(dāng)以現(xiàn)有的實時操作系統(tǒng)為內(nèi)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(jié)構(gòu)模式 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 111 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? 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(chǔ)上開發(fā) CNC系統(tǒng)軟件 。 目前國內(nèi)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(yīng)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(quán)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(jié)構(gòu)模式 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 112 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)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(nèi)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(jié)構(gòu)具有良好的開放性和可維護性。 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 113 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 編輯 程序 參數(shù)設(shè)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(jié)構(gòu) 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 114 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ⒈ 軟件結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 115 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? 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(wù)管理模塊，負 責(zé) CNC系統(tǒng)的任務(wù)管理調(diào)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(shè)備驅(qū)動程序（ I/O） 的管理、位置控制、PLC控制、插補計算以及內(nèi)部監(jiān)控等。 ? NCBASE ： RTM和 NCBIOS的統(tǒng)稱。 編輯 程序 參數(shù) 設(shè)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(jié)構(gòu)介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 116 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ?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(shè)置 、 譯 碼程序 、 PLC管理 、 MDI、 故障顯示等與用戶操作 有關(guān)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(guān) 。 這便是本系統(tǒng)具有開放性的關(guān)鍵所在 。 編輯 程序 參數(shù) 設(shè)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(jié)構(gòu)介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 117 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 2. NCBASE的功能 ? 實時多任務(wù)調(diào)度 該功能由 RTM模塊實現(xiàn) ， 它是通過 DOS的 INT08中斷功能構(gòu)造的調(diào)度核心來實現(xiàn)對多任務(wù)調(diào)度的 。 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 118 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 調(diào)度核心結(jié)構(gòu)及其多任務(wù)調(diào)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(wù)程序 任 務(wù) 調(diào)度程序 調(diào)度核心 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 119 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 調(diào)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(wù)計時轉(zhuǎn)向調(diào)度程序中斷服務(wù)程序框圖設(shè)置堆棧是否掛起過 ?調(diào)度程序框圖取就緒隊列讀任務(wù)狀態(tài)恢復(fù)斷點進入任務(wù)取隊列中下一任務(wù)NY五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 120 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? CNC 任務(wù)的劃分及優(yōu)先級的確定 華中 I型將任務(wù)劃分為 8個 ， 優(yōu)先級從高到低排列為 ： ? 位置控制任務(wù) （ 4ms） ； ? 插補計算任務(wù) （ 8ms） ； ? 數(shù)據(jù)采集任務(wù) （ 12ms） ； ? PLC任務(wù) （ 16ms） ； ? 刀補運算任務(wù) （ 條件 （ 緩沖區(qū) ） 驅(qū)動 ） ； ? 譯碼解釋任務(wù) （ 條件 （ 緩沖區(qū) ） 驅(qū)動 ） ； ? 動態(tài)顯示任務(wù) （ 96ms） ； ? 人機界面 （ 菜單管理 ， 一次性死循環(huán)任務(wù) ） 。 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 121 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? 設(shè)備驅(qū)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(qū)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(qū)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(diào)入對應(yīng)模塊的驅(qū)動程序 ， 建立相應(yīng)的接口通道 。 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 122 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? 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(jié)構(gòu)介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 123 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? 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(yīng)就創(chuàng)建一個插補任務(wù) 。 該任務(wù)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(jié)構(gòu)介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 124 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? PLC調(diào)度 PLC調(diào)度的主要任務(wù)是：故障報警處理 、 MST處理 、急停和復(fù)位處理 、 虛擬軸驅(qū)動處理 、 刀具壽命管理 、操作面板開關(guān)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(jié)構(gòu)介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 125 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 3. NCBIOS提供給上層軟件的接口 ? NC功能調(diào)用接口 ? 插補器接口：供插補預(yù)處理 （ 譯碼 、 刀補 、 速度預(yù)處理 ）的數(shù)據(jù)給底層軟件； ? 故障信息交換接口； ? 設(shè)備調(diào)用接口 。 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 126 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? 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(nèi)部狀態(tài)等。 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 127 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 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(yīng)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(zhì)特征。 第三章 計算機數(shù)控裝置 * 128 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 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(yīng) 。 ? 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(shù) ? 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(guān)。 一 、 概述 第四節(jié) CNC裝置的插補原理 * 130 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? 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(yīng)小于系統(tǒng)的最小運動指令或脈沖當(dāng)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(shù) ? 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(yīng)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(shù) ? 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(fù)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(shù) 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(jié)果僅產(chǎn)生一個單位的行程增量 （一個脈沖當(dāng)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(shù) ? 插補速度與進給速度密切相關(guān) 。因而進給速度指標難以提高，當(dāng)脈沖當(dāng)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