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一帆數控系統的系統原理

文章作者: 一帆數控 發布日期:2012-10-19

  一帆數控雕刻機械有限公司開發的數控系統是采用DSP(Digital Signal Processor)多軸運動控制器為下位機、工控PC機為上位機的雙CPU結構的技術。PC機承擔非實時任務的處理,實時任務則采用具有高速浮點運算功能的DSP來處理。這個特點支持客戶根據控制任務的具體要求來重新創建各種高級控制算法、操作界面等。在軟體上該系統提供與MasterCAM軟件的接口,支持DNC加工,HTTP和SMTP等網絡協議,能夠自動接收和處理電子郵件加工程序文件,是自主開發的高性能的數控系統。考慮到在加工過程中對速度、精度以及操作過程中實時的軌跡跟蹤和斷點記憶等均有較高要求,課題組采用自主開發的基于DSP技術的MCT8000控制卡,并設計了相應的硬件和控制軟件。

  1.系統硬件結構

  整個系統的組成如圖1所示,主要包括工業PC機、控制面板、MCT8000多軸運動控制卡及其接口板、電源、伺服放大器和電機、繼電器以及一些安全和保護電路。其中工業計算機處理控制中的非實時任務、實時任務由MCT8000運動控制卡處理,而電源、伺服放大器和電機、繼電器則作為系統的執行機構。

系統硬件結構圖

圖1    系統硬件結構圖

Fig.1 System hardware configuration

  2.運動控制卡原理

  MCT8000系列智能運動控制器包括主控制板,接口板以及控制軟件等,是新一代開放式結構高性能可編程運動控制器。其CPU采用美國德州儀器的TMS320C3140MHzDSP,可通過ISA或PCI標準總線或USB高速接口與主控機連接。主控機與控制器之間采用雙向高速FIFO進行通訊,可提供2~8軸的高速度、高精度伺服控制,主控機可選用任何PC系列微機。和傳統的運動控制器產品相比,MCT8000系列產品具有開放式結構,高速度、高精度,網際在線控制,多軸同步控制,可重構性,高集成度,高可靠性和安全性等特點。

  MCT8000在設計上采用了先進的軟硬件重構技術,根據控制對象的不同可對系統進行在線設置和重構,或通過軟件升級硬件。能夠根據客戶的不同要求,可對控制器的硬件模塊進行最佳調整,配以相應的BIOS,使用戶可以對MCT8000的I/O口直接操作。

  MCT8000提供了一整套運動控制函數,包括BIOS函數庫(直接操作MCT8000的所有I/O)、基本運動函數庫(1~3維的運動插補和運動控制函數)、擴展運動函數庫(機器人運動學模型和智能PLC代碼翻譯器等)和網際在線控制器(基于TCP/IP的點對點安全通訊協議)。

  運動控制板結構圖如圖2所示。

運動控制板結構圖

圖2   運動控制板結構圖

Fig.2 Structure of motion control card

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