1、 来自：中国测控网 时间：2012-12-27目前,以 PC 机为核心的控制系统已广泛被工业控制领域所接受。采用 PC 机在Windows 操作系统下通用的数控系统,已成为数控系统发展的潮流2 。基于 PC 机的数控系统一般可以分为4 种结构形式 : PC 连接 NC 型、NC 嵌入 PC 型、PC 嵌入 NC 型和全软件 NC 型4 。其中运动控制卡嵌入 PC 机的技术较成熟 ,应用较普遍,是开放式数控系统发展的主流。基于 PC 机的数控系统采用的是标准 PC 硬件和操作系统,因此容易进行模块化和开放式的设计,并可根据不同用户的不同要求,迅速、高效、低成本地构建面向用户的数控系统,这种系统便
2、于用户的操作、维护和更新换代。本文所论述的数控系统采用运动控制卡插入 PC 机的方式,由 PC 机处理非实时控制部分,运动控制卡处理实时控制部分5 。1 数控系统硬件构成1. 1 数控系统硬件构成系统的硬件构成如图1 所示,伺服驱动系统采用数字交流伺服电机驱动丝杠螺母机构运动。运动控制卡是整个硬件的核心部分,与 PC 机构成主从式控制结构 ,运动控制卡通过PCI 插槽与 PC 机连接。以 PC 机作为信息处理平台,负责人机交互界面的信息管理以及数控系统实时监控方面的工作,例如输入输出信息的管理、控制指令的发送、系统状态的显示、运动轨迹规划、电源脉冲的监控等;运动控制卡完成运动控制的所有细节,其
3、中包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测以及根据指令的要求和传感器件的信号进行相应的逻辑和数字运算,为驱动装置提供正确的控制信号,从而实现准确的运动控制和逻辑控制;A/ D 转换器是将间隙电压的模拟信号转换成计算机可识别的数字信号,使计算机可根据 A/ D 的读值判断间隙放电状态,进而决策下一步的执行动作 ;脉冲电源的作用是把交流电转换成一定频率的单向脉冲电流,以供给放电所需的能量来蚀除工件。 来自：中国测控网 时间：2012-12-271. 2 间隙放电状态监测电火花加工过程可分为空载、火花放电、不稳定过渡电弧、稳定电弧和短路5 种基本放电状态7 。其中火花放电间
4、隙状态的好坏直接影响到脉冲电能的转换效果,同时也是评判加工能否顺利进行的主要标准,所以间隙放电状态监测就显得相当重要。通常有3 种信号能反映电源的放电状态,分别为放电电压、放电电流及加工过程中的声频信号,但因工作现场环境影响,声频信号提取和分析都很困难,本文采用提取电压和电流信号进行分析的方法来实现放电状态检测。系统信号采集结构功能见图2 。系统将放电电流、电压信号通过数据采集卡采入 PC 机 ,经过实时处理得出放电状态,作为主轴进给和旋转控制的依据。传感器是将电压和电流信号转换成符合采集卡输入范围的电压信号。数据采集卡负责把信号传入计算机。 来自：中国测控网 时间：2012-12-271.
5、3 固高 GT- 400 - SV 运动控制卡介绍系统选用固高公司生产的 GT - 400 - SV 运动控制卡,控制卡的核心是由ADSP2181 数字信号处理器和 FPGA 组成, ADSP2181 的哈佛结构和 MAC 单元非常适合完成复杂的运动控制算法,可以实现高性能的控制运算。FPGA 实现译码、脉冲分配、定时、计数等功能1 。控制卡还提供缓冲区命令机制,用户能先将部分运动控制指令存放在运动控制卡内部开辟的循环队列缓冲区内,然后再发出执行命令。在运动控制卡执行缓冲区存放的运动指令的同时,主机能继续向缓冲区内下载运动指令,这样一方面进一步降低了对主机通讯的实时性要求,另一方面运动控制卡通
6、过预处理多段缓冲区内的轨迹信息3 ,能获得良好的运动特性,使轨迹更连贯、光滑。2 数控系统软件结构设计2. 1 数控系统框架介绍控制软件是整个数控系统的核心6 ,根据电火花加工工艺以及控制系统的要求,本文在 WindowsXP 操作系统下采用 LabWindows/ CVI 软件开发了控制软件。数控系统的框架结构如图3 所示。 来自：中国测控网 时间：2012-12-27GT - 400 - SV 控制卡可同步控制4 个运动轴,实现多轴协调运动。运动控制卡提供C 语言函数库和 Windows 动态链接库。用户可将这些控制函数与自己数控系统所需要的数据处理、界面显示等应用程序集成在一起,从而开发
7、出符合自己需要的控制软件。用户通过主机程序调用相应的库函数,将运动控制卡相关参数和运动轨迹描述传递给运动控制卡,发出运动控制命令,控制卡根据主机的要求,自动完成轨迹规划、检测、伺服刷新等运算,计算结果将转化成脉冲电压或模拟电压控制伺服电机运动,从而控制电火花机床运动。2. 2 数控系统软件模块组成数控系统的软件部分主要由预处理模块、运动控制模块、系统监控模块以及人机界面模块组成。系统软件结构如图4 所示。 来自：中国测控网 时间：2012-12-27预处理模块完成系统控制指令的输入、译码以及数据预处理。指令输入是指零件的加工程序通过通信接口由 PC 机输入。输入程序主要完成两项任务:一是将零件
8、加工程序输入到零件程序存储器中;二是将零件程序存储器中的程序送入缓冲器中,以便进行后续处理。译码即是将零件加工程序转换成数控机床系统能识别的代码。而数据预处理是指插补运算前的预备处理,在此过程中,主要完成对译码生成的目标代码进行电极补偿处理和进给速度处理。运动控制模块完成轴控制、直线、圆弧插补、速度和加速度控制等功能,运动控制模块是实现运动控制卡功能的关键。根据系统运动需要,将这些功能集成,使之成为一个有机整体,完成运动轨迹控制。系统监控模块包括监控功能和加工过程控制功能。其中监控功能在故障出现后可查明故障类型,有利于缩短故障维修时间。加工控制功能主要是利用计算机技术和检测技术,对加工的全过程
9、(放电间隙、位置等 ) 进行检测。运用智能控制算法,对伺服、电极等进行智能控制,保证加工的高效率和稳定性。另外运动控制卡还提供多种中断方式与多路数字 I/ O 接口,通过编制应用软件来显示运动控制卡的状态并进行 I/ O 处理。还可显示加工进程以及机床坐标等。人机界面模块包括常用的加工操作、显示界面、工艺参数设置5 (轴速度设置、插补运动设置及加速度设置) 以及脉冲电源参数设置 (最大电流、脉冲频率、脉冲宽 来自：中国测控网 时间：2012-12-27度、脉冲间隙及占空比) 。其中脉冲宽度、脉冲间隙等主要参数对加工过程的稳定性、加工速度、加工表面质量、加工精度和电极损耗等技术指标有很大的影响。
10、3 结束语以固高 GT - 400 - SV 运动控制卡为核心,基于通用 PC 搭建了一个上下位机形式的开放式数控平台。系统采用功能强大的运动控制卡完成插补计算、速度控制及位置控制等任务。以 PC 机实现友好的人机界面以及增强的外部软件接口。采用基于 COM 的模块式软件结构,实践证明这种形式的系统具有较强的控制性能,适合构建各种通用及专用数控系统。参考文献:1 固高科技. GT - 400 - SV 四轴运动控制器用户手册M . 深圳: 固高科技( 深圳) 有限公司,2006. 2 曹凤国. 电火花加工技术M . 北京:化学工业出版社,2005. 3 张剑 ,殷苏民. 基于运动控制卡的开放式数控系统研制J . 机床与液压,2003 (3) :170 - 171. 4 邱润生 ,王慧荣. 基于 PC + 运动控制卡的开放式数控系统的研究J . 宁夏工程技术,2006 (4) :350 - 351.5 徐元凡 ,刘日良. “PC + 运动控制器” 型开放式数控系统J .农业装备与车辆工程,2008 (4) :51 - 52 . 6 富大伟,刘瑞素. 数控系统M . 北京:化学工业出版社,2005. 7 刘军,崔红. 电火花机床计算机数控系统的设计 J . 机械设计
