一种开放式可重组软数控系统技术方案

一种开放式可重组软数控系统，由３２位及３２位以上的嵌入式单板机、数字ＩＯ接口卡、软件包组成的重组开发平台组成；单板机中显示控制器和总线控制器接有ＣＦ卡，运行软件通过数字接口板完成对机床的时实控制，重组开发平台设有：由系统需求描述器／分析器／自动建模器、功能块编辑器、功能块连接器、功能块编译器、功能块库、软件运动控制和软件ＰＬＣ模块库、故障诊断模块库、人机交互功能模块库、嵌入对象连接过程控制服务器模块库以及硬件驱动程序库和嵌入式操作系统定制器。本发明专利技术可省去运动控制卡，降低整个系统的成本，并可通过面向用户的重组开发平台由用户自己或开发商根据实际需要对数控软件进行重组，获得更大的灵活性，快速响应对市场需求。

An open reconfigurable Soft CNC system

An open reconfigurable Soft CNC system is composed of embedded 32 bit and 32 bit more than a single board computer, digital IO interface card, software package consisting of a restructured development platform; single board display controller and bus controller is connected with the CF card, software running through the digital interface board of machine real time control, development and restructuring a platform: description / analyzer / automatic modeler, function block editor, function block connector, function block compiler, function block library software, motion control and PLC software module database, module base, fault diagnosis of human machine interactive function module database, the embedded object connection process control server module library and the hardware driver library and embedded operating system is customized by the system requirements. The invention can save the motion control card, reduce the cost of the whole system, and through the reorganization of the development platform for users by users or developers to restructure the CNC software according to actual needs, greater flexibility, rapid response to market demand.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属一种机床数控系统，特别是基于Windows CE.NET的开放式可重组软数控系统。
技术介绍
机床数控系统分为两类，一类是封闭式结构的数控系统，一类是开放式数控系统。封闭式数控系统是采用专用单片处理器，不同的厂家采用不同的软件，不具有互换性，一旦系统生成后，系统提供给用户的是固定的功能模块，若用户需要添加新的功能，必需由厂家完成，且开发周期长，效率低；开放式数控系统是基于统一的体系结构、标准的开发规范和通用计算机系统平台的数字控制器。由于其开放和标准化的结构特性，使其能融入网络技术、智能控制技术和先进传感技术，并兼容各种广泛应用的软件，从而能快速为用户构建所定制的控制系统。现有的开放式数控系统分为两类，一类采用基于工控机和运动控制卡的结构，另一类是基于32位以上CPU的嵌入式单板计算机加运动控制卡的结构，运动控制卡一般用来保证数控系统的实时性，但由于运动控制卡比较昂贵，造成整个数控系统的价格较高。且控制卡硬件部分难以实现使开放式数控系统根据用户需求定制的目的，造成资源的浪费。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于Windows CE.NET的开放式可重组软数控系统，该系统可省去运动控制卡，降低整个系统的成本，同时能由用户自己或系统开发商根据实际需要对数控软件进行重组，获得更大的灵活性，方便、快速地满足不同用户的不同需求，应用于数控车床、铣床、钻床、磨床、弯管设备等多种机床类型。解决上述问题的技术方案是(参见图1、图2)本专利技术由32位及32位以上的嵌入式单板机、数字IO接口卡、软件包组成的重组开发平台组成；所述嵌入式单板机设有中央微处理器(1)，中央微处理器与电源和时钟发生器(14)连接，并通过PCI总线(15)与以太网控制器和以太网接口(7)相连；通过内部总线与显示控制器和总线控制器(2)相连；通过内存接口与内存SDRAM(12)连接；上述显示控制器和总线控制器(2)通过PC/104总线(16)分别连接PC/104总线接口(3)、串行接口(6)、并行接口(5)、CF卡(13)、硬盘接口(11)、BIOS(10)；同时设有通用串行接口USB(8)、键盘和鼠标接口(9)、LCD接口或VGA接口(4)；其中CF卡存储了根据主板硬件定制的Windows CE.NET操作系统，及数控应用程序，操作系统映像和数控应用程序由软件开发环境配置而成；所述的显示控制器和总线控制器，作为系统中央微处理器连接其他部件之间的桥梁，支持标准的PCI和PC104总线，并且通过显示控制器连接LCD或普通显示器(CRT)，进行信息显示，总线控制器管理系统中各个部件之间以及与中央微处理器的数据通讯，协调各个部件之间任务处理；所述的PC/104总线接口，提供嵌入式主板扩展能力；所述的数字IO接口卡设有逻辑控制器(20)，逻辑控制器分别与定时器计数器(17)、定时器中断逻辑(18)、PC/104总线接口(19)、时钟(21)、IO中断逻辑(22)、缓冲数字IO接口(23)连接，进行逻辑控制；上述定时器计数器(17)与定时器中断逻辑(18)相连，产生定时中断控制；定时器计数器(17)分别与4-轴普通接口(25)、4-轴差分接口(26)连接，提供控制伺服电机的信号；定时器计数器(17)与编码器接口(24)以及时钟(21)相连组成计数器，对编码器的脉冲进行计数；所述的数字IO接口卡通过PC/104总线接口(19)连接到嵌入式单板机的PC/104总线接口(3)，由主板和软件进行控制；上述数字IO接口卡组成本专利技术的开放式软数控系统的数字接口板，符合PC/104总线标准，具有自堆叠的能力，数字接口板通过接口连接数控机床中的伺服电机、编码器、限位开关、状态检测传感器，以提供控制数据或状态数据与执行部件之间的传输和控制；所述的重组开发平台设有由系统需求描述器/分析器/自动建模器、功能块编辑器、功能块连接器、功能块编译器、功能块库、软件运动控制和软件PLC模块库、故障诊断模块库、人机交互功能模块库、嵌入对象连接过程控制(OPC)服务器模块库以及硬件驱动程序库和嵌入式操作系统定制器；上述重组开发平台包括数控系统开发环境和运行环境，其中开发环境和运行环境相互分离，运行环境是由开发环境重组生成。本专利技术数字接口板由软件控制产生定期的中断信号对运动控制过程进行有节拍的控制，输出实时控制伺服电机的方向和速度信号，完成系统的运动控制任务，通过编码器接口接收外部输入的脉冲个数进行计数，实时获取伺服电机运动的当前位置，实现高精度控制，数字输入输出接口与数控软件一起实现软可编程逻辑控制器(PLC)对机床中的各个部件的工艺逻辑顺序进行控制，完成生产加工过程的控制，并且接收传感器和开关的状态信息，实时提供加工过程和故障诊断的状态信息；本数控系统除了与外界的驱动接口外，全部由单板计算机实现，并且数控系统的软件功能模块可通过系统开发环境配置，在实际应用中，本专利技术的数控软件和嵌入式实时操作系统映像，可以使用重组开发平台由用户或系统开发商根据产品的加工要求，按照规则输入系统需求形成系统需求描述，由开发平台中的系统需求描述器/分析器/自动建模器，生成数控系统中用户需要的功能模块；用户也可以根据需要，通过功能块编辑器创建自己需要的功能块，然后使用功能块连接器创建用户数控应用功能块逻辑，由功能块编译器把用户数控应用功能块逻辑与预先提供的功能块库、软件运动控制和软件PLC模块库、故障诊断模块库、人机交互功能模块库、OPC服务器模块库以及硬件驱动程序库中相应的模块进行编译连接，产生用户要求的数控软件，然后由嵌入式操作系统定制器根据硬件定制Windows CE.NET嵌入式实时操作系统映像，把操作系统映像和数控软件打包成二进制压缩映像，下载到嵌入式目标硬件平台并存储在CF卡上。其中操作系统映像主要负责各功能块的实例对象的创建、协调运行和管理控制任务的分配，用户创建的数控应用功能块逻辑则实现用户的生产加工过程控制。从而实现数控软件和嵌入式实时操作系统映像由重组开发平台根据用户或系统开发商的需要生成并且下载到目标硬件平台上运行，进行数控加工。由于本专利技术采用上述技术方案，经过简单的重组即可应用于数控车床、铣床、钻床、磨床、弯管设备等多种机床类型；经过简单的重组即可实现一个到多个运动轴、一个到多个外围辅助设备的控制应用；这种面向用户的功能块构件方法可使用户自己或系统开发商根据实际需要对数控软件进行重组，获得更大的灵活性，以快速对市场需求做出响应；本数控系统除了与外界的驱动接口外，将目前由运动控制卡实现的运动插补功能全部由运行在单板计算机上的软件实现.故去除了控制卡，一方面可降低整个系统的成本，另一方面可通过对软件模块的选择实现对数控系统的定制，数控系统的软件功能模块可通过系统开发环境配置；本专利技术的软件开发环境和运行环境相分离，更易对数控系统控制采用模块化的定制，且具有开放性，可比较容易实现功能的改变或新功能的添加以及集成更新的技术。附图说明图1、本专利技术实施例开放式软数控系统硬件嵌入式主板和数字接口板构成示意2、本专利技术实施例开放式软数控系统的软件重组开发平台构成示意图具体实施方式以下结合实施例及附图对本专利技术作进一步说明在图1中，中央微处理器1、显示控制器和总线控制器2、PC/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开放式可重组软数控系统，其特征在于：由３２位及３２位以上的嵌入式单板机、数字ＩＯ接口卡、软件包组成的重组开发平台组成；所述嵌入式单板机设有中央微处理器（１），中央微处理器与电源和时钟发生器（１４）连接，并通过ＰＣＩ总线（ １５）与以太网控制器和以太网接口（７）相连；通过内部总线与显示控制器和总线控制器（２）相连；通过内存接口与内存ＳＤＲＡＭ（１２）连接；上述显示控制器和总线控制器（２）通过ＰＣ／１０４总线（１６）分别连接ＰＣ／１０４总 线接口（３）、串行接口（６）、并行接口（５）、ＣＦ卡（１３）、硬盘接口（１１）、ＢＩＯＳ（１０）；同时设有键盘和鼠标接口（９）、ＬＣＤ接口或ＶＧＡ接口（４）；其中ＣＦ卡存储了根据主板硬件定制的ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ．ＮＥＴ操作系统，及数控应 用程序，操作系统映像和数控应用程序由软件开发环境配置而成；　所述的显示控制器和总线控制器，作为系统中央微处理器连接其他部件之间的桥梁，支持标准的ＰＣＩ和ＰＣ１０４总线，并且通过显示控制器连接ＬＣＤ或普通显示器，进行信息显示，总线控制 器管理系统中各个部件之间以及与中央微处理器的数据通讯，协调各个部件之间任务处理；所述的ＰＣ／１０４总线接口，提供嵌入式主板扩展能力；所述的数字ＩＯ接口卡设有逻辑控制器（２０），逻辑控制器分别与定时器计数器（１７）、定时器中断 逻辑（１８）、ＰＣ／１０４总线接口（１９）、时钟（２１）、ＩＯ中断逻辑（２２）、缓冲数字ＩＯ接口（２３）连接，进行逻辑控制；上述定时器计数器（１７）与定时器中断逻辑（１８）相连，产生定时中断控制；定时器计数器（１７）分别与４ －轴普通接口（２５）、４－轴差分接口（２６）连接，提供控制伺服电机的信号；定时器计数器（１７）与编码器接口（２４）以及时钟（２１）相连组成计数器，对编码器的脉冲进行计数；所述的数字ＩＯ接口卡通过ＰＣ／１０４总线接口（１９）连 接到嵌入式单板机的ＰＣ／１０４总线接口（３），由主板和软件进行控制；上述数字ＩＯ接口卡组成本专利技术的开放式软数控系统的数字接口板，符合ＰＣ／１０４总线标准，具有自堆叠的能力，数字接口板通过接口连接数控机床中的伺服电机、编码器、限位开关 、状态检测传感器，以提供控制数据或状态数据与执行部件之间的传输和控制；所述的重组开发平台设有：由系统需求描述器／分析器／自动建...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李迪，赖乙宗，
申请(专利权)人：李迪，赖乙宗，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]