数控技术-3计算机数控系统硬件技术.ppt

欢迎各位同学！,计算机数控系统硬件技术,3.1 概述 3.2 计算机数字控制装置的硬件结构 3.3 CNC装置的I/O设备及其接口,第三章 计算机数字控制装置,3.1 概述,PC化 开放化 语言高级化 网络化 交流伺服化 功能集成的数控系统向综合自动化方向发展 人机接口简单化 柔性化和系统化 小型化 高速化 低价化 高效化 高精度 机械智能化 远距离诊断维修与预诊断维修的功能 发展高效率的PLC,3.1.1 国内外数控装置发展趋势,CNC装置的功能是指满足用户操作和机床控制要求的方法和手段。数控装置的功能包括基本功能和选择功能。 基本功能数控系统基本配置的功能，即必备 的功能； 选择功能用户可根据实际要求选择的功能。,3.1.2 CNC装置的功能,固定循环功能 补偿功能 字符、图形显示功能 自诊断功能 通讯功能 在线自动编程功能,控制功能 准备功能（G功能） 插补功能 进给功能 主轴功能 辅助功能（ M 功能） 刀具管理功能及工作台分度功能,计算机数控系统,机 床 本 体,辅 助 装 置,程 序,输入 设备,输出 设备,数 控 装 置 （CNC）,主轴伺 服单元,进给伺 服单元,主轴 电机,进给 电机,强电控 制装置,检测 装置,PLC,3.2 计算机数字控制装置的硬件结构,3.2.1 CNC装置的硬件组成,3.2.2 CNC系统部分硬件外形结构,驱动装置,数控操作面板,手摇脉冲发生器,编码器,多轴运动控制卡,PLC,K9M铣床数控系统（立式1）,专用型 通用型,主从结构,多主结构,单微处理器,多微处理器,共享总线结构,共享存储器结构,分布式结构,CPU数量,3.2.3 计算机数控装置的类型,模块结构,大板结构,按印制板的 制造方式分,应用范围,单机或主从结构的CNC装置硬件结构,采用集中控制分时处理的方式完成数控功能；,以一个CPU（中央处理器）为核心，CPU通过总线与存储 器和各种接口相连接，采取集中控制、分时处理的工作方式，完成数控加工各个任务。,单微处理器数控装置:,一个微处理器完成所有的功能 采用总线结构 结构简单，易于实现 功能受限制(系统功能受到CPU字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制) 现在已被多机系统的主从结构所取代。,计算机数控装置中有两个或两个以上的微处理器，每个微处理器分别完成不同的子任务，各子系统间通过通信（共享总线或共享存储器）协调动作，完成数控任务。,多微处理器结构,特点,实现真正意义上的并行处理，处理速度快 容错能力强。,多主结构系统,整个系统有两个或两个以上的带CPU的功能部件对系统资源有控制和使用权。模块间采用紧耦合。,分布式结构系统,整个系统有两个或两个以上的带CPU的功能 模块，每个模块有独立的运行环境，模块间 采用松耦合。,FANUC系统多机系统共享总线结构,其 他 外 围 设 备,I/O接口,辅助功能,CPU|输入端|输出端 可编程控制器,CNC插补|位置控制 模块 | 模块 几何处理,其 他 功 能,管理模块,存储器,多机系统CNC系统并联数据总线,结构简单、系统组配灵活、可靠性高,美国GE公司的MTC1-CNC系统共享存储器结构CNC装置硬件结构,RAM/EPROM,反馈信号 收发器,RAM512,键盘,显示CPU,EPROM,512RAM,EPROM,中央CPU,串口和 收发器,插补CPU,字符 发生器,CTRC,并行接口,反馈脉冲 和处理,CRT,模拟量输出,机床接口,7M系统的硬件结构,3.3 CNC装置的I/O设备及其接口, 电平转换与功率放大 电气隔离 信号变换 抗干扰,3.3.1 CNC装置I/O接口的作用,3.3.2 CNC装置I/O接口的分类,按CNC装置所 连接的I/O设备,人机界面接口：键盘、显示器、操作面板、 手摇脉冲发生器、纸带阅读机等的接口 驱动接口：与进给轴和主轴驱动装置及 传感器的接口 辅助功能接口：与PLC的接口 通讯及网络接口：与外设及上位系统的接口,按CNC装置I/O 接口的功能,与上位系统的接口：与DNC、FMS或CIMS 单元、或上位机的接口 与用户之间的交互设备的接口：与键盘、显 示器、操作面板、手摇脉冲发生器、 纸带阅读机等的接口 与下位系统的接口：与驱动装置、传感器和 机床电器控制器的接口,按CNC装置I/O 信号的类型,直流数字I/O接口（机床I/O接口、开关量I/O接 口）：操作面板、限位开关、强电柜等的接口 直流模拟I/O接口：进给坐标轴和主轴伺服 控制的接口 交流I/O接口：,3.3.2 CNC装置I/O接口的分类,用户能将数控命令、代码输入系统 系统需具备按程序对继电器、电机等进行控制的能力和 对相关开关量进行检测的能力 系统由操作信息提示，用户能对系统实时情况进行监控， 系统需具有显示接口电路 CNC应具有与DNC计算机或上级主计算机直接通信的能力 或者网络通信功能,3.3.3 CNC装置的输入输出要求,3.3.4 数控键盘及其接口电路,矩阵式键盘结构 行线（0-3） 扫描码D3-D0 列线（0-5） 返回码D5-D0 与非门 锁存器273 三态门244,扫描法(列扫描法、行扫描法、行列扫描法),将各行线全置为0 读入各列线电平,1：无键按下 0：有键按下,逐行置0, 其余各行置1 读入各列线电平,1: 无键按下 0: 第i行j列键按下,矩阵式键盘工作原理（按键识别方法:两个识别）,行扫描法,行列反转法,将各列线全置低电平读入各行线电平： 若某行电平=0，则为按键所在行； 将各行线全置低电平读入各列线电平： 若某列电平=0，则为按键所在列； 注意：有无反相器；扫描码和 返回码的书写方式,矩阵式键盘工作原理（按键识别方法:两个识别）,程控扫描：CPU空闲时，调用键盘扫描子程序 定时扫描：CPU响应单片机内部定时器中断，定时扫描键盘 中断扫描：有键按下时，CPU响应键盘的中断请求进行扫描,键盘工作方式( 保证CPU及时响应键盘操作，且不过多占用CPU工作时间), 按键消抖处理,3.3.4 数控键盘及其接口电路, 显示器种类,LCD显示器（液晶显示器）,3.3.5 显示器及其接口电路,CRT显示器（阴极射线管）,显示字符、图形；显示信息量大；便于人机对话； 亮度高；单显彩显,功耗小，亮度高，价格低， 控制简单,LED显示器（发光二极管）,本身不发光，功耗小，外加 电压低,LED半导体器件(发光二极管): 电光转换; 单向导电性,单个LED：故障报警，电源指示等 组合LED：8字形、米字形等，显示字符,LED型式,LED显示器（发光二极管）,LED显示器结构原理,LED数码管结构：N个发光二极管显示字段,LED数码管字形码(段代码),共阴极：各阴极连在一起，公共阴极接地；某管阳极为高电平 时， 相应的发光二极管点亮，该段被显示 共阳极：各阳极连在一起，公共阳极接正电压；某管阴极为 低电平时，相应的发光二极管点亮，该段被显示,段选线与位选线、段代码与位代码,LED显示器（发光二极管）,选定位上的LED显示块恒定导通或截止；每位可独立显示不同字符；较小电流，较高亮度；每位占一个8位I/O口，适于位数较少。,LED显示器（发光二极管）显示方式,静态显示：,每位对应段选线并联在一起，共用一个8位I/O口， 适于位数较多；每位轮流短暂接通，周期性循环。,动态显示：,键盘、LED显示器与单片机连接,键盘扫描码与显示器位代码分时共用锁存器，键盘扫描前关显示（字形码即段代码为全“暗码”），防止扫描干扰显示 采用动态显示，利用调用显示子程序的时间来产生避开按键抖动所需的延时,键盘+显示器，主要用于 手工程序输入、编辑等,操作面板及开关量I/O接口电路,机床I/O接口 与 直流数字I/O接口电路,数控系统控制面板：,MDI面板,机床操作面板,+,主要用于手动方式下对机床的操作 以及自动方式下对机床的操作或干预,机床操作面板结构与功能, 开关量型式与开关量I/O接口用途,开关量,开关状态的闭合/断开 指示灯亮/灭 继电器或接触器吸合/释放 电动机启动/停止 阀门打开/关闭 脉冲信号、计数和定时信号,用途,CNC,开关量I/O接口,机床及操作面板,机床工作状态指示面板；控制机床动作信号强电柜,CNC面板开关及按钮信号、机床限位开关信号,数控系统的 I/O 接口,开关量信号输入接口电路 开关量信号输出电路,开关量输入接口电路,功能：机床侧+24V开关信号CNC（PLC）侧TTL电平信号； 信号电隔离（光传递）；滤波防扰动 光电隔离器（I/O接口器件）：输入端发光二极管；输出端 光敏三极管,开关量输出接口电路,功能：把控制机床动作的 信号送到强电柜，将机床各 种状态送到操作面板上并用 指示灯显示。对TTL等逻辑 电路输出电流或电压放大 簧式继电器（I/O接口器件） 簧片在磁场作用下接触导通， 有隔离、电平转换和驱动 作用,