1、数控机床电气控制 教材数控机床电气控制 授课教师：杨旭丽授课教师：杨旭丽QQQQ：515530001515530001本课程教学手段本课程教学手段教师为辅教师为辅以职业为核心以职业为核心学生为主学生为主以行动为导向以行动为导向课程定位课程定位n数控机床维修安全操作能力数控机床维修安全操作能力n数控机床电气线路试验能力数控机床电气线路试验能力n电气元件的识别能力电气元件的识别能力n典型机床电气线路分析能力典型机床电气线路分析能力n典型数控装置应用能力典型数控装置应用能力n数控机床的维修管理能力数控机床的维修管理能力n数控机床驱动装置分析能力数控机床驱动装置分析能力nCA6140车床故障排除能力车
2、床故障排除能力n具备自动控制系统分析能力具备自动控制系统分析能力 专业专业能力能力方法能力方法能力社社会会能力能力n获取信息的能力获取信息的能力n资料收集整理能力资料收集整理能力n制定、实施工作计划的能力制定、实施工作计划的能力n工艺文件理解能力工艺文件理解能力n工作交接能力工作交接能力n检查、判断能力检查、判断能力n理论知识的运用能力理论知识的运用能力n独立分析的能力独立分析的能力 n沟通协调能力沟通协调能力n团队协作能力团队协作能力n语言表达能力语言表达能力n安全与自我保护能力安全与自我保护能力n基层生产组织能力基层生产组织能力n责任心与职业道德责任心与职业道德 课程培养目标课程培养目标主
3、 要 内 容常用电动机及其应用常用电动机及其应用数控机床常用低压电器数控机床常用低压电器电器控制基本环节电器控制基本环节典型机床电气控制典型机床电气控制可编程控制器及其应用可编程控制器及其应用自动控制基础自动控制基础数控机床驱动装置数控机床驱动装置数控机床电气控制概况数控机床电气控制概况数控装置结构与原理数控装置结构与原理典型控制系统典型控制系统数控机床维护与维修数控机床维护与维修电力拖动系统及其运动分析电力拖动系统及其运动分析正在进行正在进行学习单元一数控装置的硬件结构数控装置的硬件结构单元一数控装置的硬件结构单元一数控装置的硬件结构单元学习目标单元学习目标了解数控装置在数控机床中的作用和分
4、类；了解数控装置在数控机床中的作用和分类；了解数控装置的内部结构；了解数控装置的内部结构；理解数控装置的工作原理。理解数控装置的工作原理。单元学习内容单元学习内容 数控装置是数控系统的核心，数控装置有两种类型：一是完全由专用硬数控装置是数控系统的核心，数控装置有两种类型：一是完全由专用硬件逻辑电路的专用硬件组成的数控装置即件逻辑电路的专用硬件组成的数控装置即NCNC；二是由计算机硬件和软件组成；二是由计算机硬件和软件组成的计算机数控装置即的计算机数控装置即CNCCNC。由于。由于NCNC本身的缺点，随着计算机技术的迅猛发展，本身的缺点，随着计算机技术的迅猛发展，现在现在NCNC已被已被CNCC
5、NC取代。计算机数控装置是由硬件和软件共同完成数控任务的。取代。计算机数控装置是由硬件和软件共同完成数控任务的。数控系统的硬件结构，按数控系统的硬件结构，按CNCCNC中各电路板的插接方式可分为大板式结构和中各电路板的插接方式可分为大板式结构和功能模块式结构；按微处理器的个数可分为单微处理器和多微处理器结构；功能模块式结构；按微处理器的个数可分为单微处理器和多微处理器结构；按硬件的制造方式可分为专用型结构和通用计算机式结构；按按硬件的制造方式可分为专用型结构和通用计算机式结构；按CNCCNC的开放程度的开放程度可分为封闭式结构、可分为封闭式结构、PCPC嵌入嵌入NCNC式结构、式结构、NCNC
6、嵌入嵌入PCPC式结构和软件型开放式结构。式结构和软件型开放式结构。1 1、单微处理器结构、单微处理器结构2 2、多微处理器、多微处理器CNC CNC 结构结构目 录一、单微处理器结构一、单微处理器结构（1 1）单微处理器结构是指在单微处理器结构是指在CNCCNC中只有一个微处理器（中只有一个微处理器（CPUCPU），），CPU CPU通过总线通过总线与存储器及各种接口相连接，采取集中控制，分时处理的工作方式，完成数与存储器及各种接口相连接，采取集中控制，分时处理的工作方式，完成数控系统的各项任务。如存储、插补运算、输入输出控制、控系统的各项任务。如存储、插补运算、输入输出控制、CRTCRT显
7、示等。某些显示等。某些CNCCNC中虽然用了两个以上的中虽然用了两个以上的CPU CPU，但能够控制系统总线的只有一个，但能够控制系统总线的只有一个CPU CPU，它独，它独占总线资源，其它的占总线资源，其它的CPUCPU只是附属的专用职能部件，它们不能控制总线，也不只是附属的专用职能部件，它们不能控制总线，也不能访问主存储器。它们组成主从结构，故被归属于单微处理器结构中。单微能访问主存储器。它们组成主从结构，故被归属于单微处理器结构中。单微处理器结构框图如图处理器结构框图如图10.110.1所示，结构简单，容易实现。所示，结构简单，容易实现。单微处理器结构的单微处理器结构的CNCCNC由微处
8、理器和总线、存储器、位置控制部分、数据由微处理器和总线、存储器、位置控制部分、数据输入输出接口及外围设备等组成。输入输出接口及外围设备等组成。一、单微处理器结构一、单微处理器结构（2 2）（）（）微处理器主要完成信息处理，包括控制和运算两方面的任务。微处理器主要完成信息处理，包括控制和运算两方面的任务。控制任务根据系统要实现的功能而进行协调、组织、管理和指挥工作，控制任务根据系统要实现的功能而进行协调、组织、管理和指挥工作，即获取信息、处理信息、发出控制命令。主要包括对零件加工程序输入、输即获取信息、处理信息、发出控制命令。主要包括对零件加工程序输入、输出的控制及机床加工现场状态信息的记忆控制
9、；运算任务是完成一系列的数出的控制及机床加工现场状态信息的记忆控制；运算任务是完成一系列的数据处理工作，主要包括译码、刀补计算、运动轨迹计算、插补计算和位置控据处理工作，主要包括译码、刀补计算、运动轨迹计算、插补计算和位置控制的给定值与反馈值的比较运算等。制的给定值与反馈值的比较运算等。一、单微处理器结构一、单微处理器结构（3 3）（）（）存储器用于存放系统程序、用户程序和运行过程中的临时数据。存储器用于存放系统程序、用户程序和运行过程中的临时数据。存储器包括只读存储器（存储器包括只读存储器（ROMROM）和随机存储器（）和随机存储器（RAMRAM）两种。系统程序存）两种。系统程序存放在只读存
10、储器放在只读存储器EPROMEPROM中，由厂家固化，只能读出不能写入，断电后，程序也中，由厂家固化，只能读出不能写入，断电后，程序也不会丢失；加工的零件程序、机床参数、刀具参数存放在有后备电池的不会丢失；加工的零件程序、机床参数、刀具参数存放在有后备电池的CMOS CMOS RAM RAM 中，可以读出，也可以根据需要进行修改；运行中的临时数据存放在随中，可以读出，也可以根据需要进行修改；运行中的临时数据存放在随机存储器机存储器RAMRAM中，可以随时读出和写入，断电后信息丢失。中，可以随时读出和写入，断电后信息丢失。（）（）位置控制部分包括位置单元和速度控制单元。位置控制部分包括位置单元和
11、速度控制单元。位置控制单元接收经插补运算得到的每一个坐标轴在单位时间间隔内位位置控制单元接收经插补运算得到的每一个坐标轴在单位时间间隔内位移量，控制伺服电机工作，并根据接收到的实际位置反馈信号，修正位置指移量，控制伺服电机工作，并根据接收到的实际位置反馈信号，修正位置指令，实现机床运动的准确控制。同时产生速度指令送往速度控制单元，速度令，实现机床运动的准确控制。同时产生速度指令送往速度控制单元，速度控制单元将速度指令与速度反馈信号相比较，修正速度指令，用其差值控制控制单元将速度指令与速度反馈信号相比较，修正速度指令，用其差值控制伺服电机以恒定速度运转。伺服电机以恒定速度运转。一、单微处理器结构
12、一、单微处理器结构（4 4）（）（）数据输入输出接口与外围设备是数据输入输出接口与外围设备是CNCCNC与操作者之间交换信息的与操作者之间交换信息的桥梁。例如，通过桥梁。例如，通过MDIMDI方式或串行通信，可将工件加工程序送入方式或串行通信，可将工件加工程序送入CNCCNC；通过；通过CRTCRT显示器，可以显示工件的加工程序和其它信息。显示器，可以显示工件的加工程序和其它信息。在单微处理器结构中，由于仅由一个微处理器进行集中控制，故其功能在单微处理器结构中，由于仅由一个微处理器进行集中控制，故其功能将受将受CPUCPU字长、数据字节数、寻址能力和运算速度等因素的限制。字长、数据字节数、寻址
13、能力和运算速度等因素的限制。二、多微处理器二、多微处理器CNC 结构结构（1 1）多微处理器结构的多微处理器结构的CNCCNC中有两个或两个以上的微处理器，各微处理器之间中有两个或两个以上的微处理器，各微处理器之间采用紧耦合，资源共享，有集中的操作系统，或者各采用紧耦合，资源共享，有集中的操作系统，或者各CPUCPU构成独立部件，采用构成独立部件，采用松耦合，有多层操作系统，有效地实现并行处理。松耦合，有多层操作系统，有效地实现并行处理。图图10.210.2为多微处理器结构的为多微处理器结构的CNCCNC的组成框图。的组成框图。CNCCNC的多的多CPUCPU典型结构有共享典型结构有共享总线型
14、和共享存储器型。总线型和共享存储器型。二、多微处理器二、多微处理器CNC 结构结构（2 2）畅多微处理器畅多微处理器CNCCNC的基本功能模块的基本功能模块多微处理器结构的多微处理器结构的CNC CNC，一般由基本功能模块组成，通过增加功能模块，可，一般由基本功能模块组成，通过增加功能模块，可实现某些特殊功能。实现某些特殊功能。（）CNC CNC管理模块。该模块管理和组织整个管理模块。该模块管理和组织整个CNCCNC各功能模块协调工作，如各功能模块协调工作，如系统的初始化、中断管理、总线裁决、系统错误识别和处理、系统软硬件诊系统的初始化、中断管理、总线裁决、系统错误识别和处理、系统软硬件诊断等
15、。该模块还完成数控代码编译、坐标计算和转换、刀具半径补偿、速度断等。该模块还完成数控代码编译、坐标计算和转换、刀具半径补偿、速度规划和处理等插补前的预处理。规划和处理等插补前的预处理。（）（）CNC CNC插补模块。该模块根据前面的编译指令和数据进行插补计算，按插补模块。该模块根据前面的编译指令和数据进行插补计算，按规定的插补类型通过插补计算为各个坐标提供位置给定值。规定的插补类型通过插补计算为各个坐标提供位置给定值。（）（）位置控制模块。插补后的坐标作为位置控制模块的给定值，而实际位位置控制模块。插补后的坐标作为位置控制模块的给定值，而实际位置通过相应的传感器反馈给该模块，经过一定的控制算法
16、，实现无超调、无置通过相应的传感器反馈给该模块，经过一定的控制算法，实现无超调、无滞后、高性能的位置闭环。滞后、高性能的位置闭环。（）（）PLC PLC模块。零件程序中的开关功能和由机床传来的信号在这个模块中模块。零件程序中的开关功能和由机床传来的信号在这个模块中作逻辑处理，实现各功能和操作方式之间的连锁，机床电气设备的起停、刀作逻辑处理，实现各功能和操作方式之间的连锁，机床电气设备的起停、刀具交换、转台分度、工件数量和运转时间的计数等。具交换、转台分度、工件数量和运转时间的计数等。二、多微处理器二、多微处理器CNC 结构结构（3 3）（）（）操作面板监控和显示模块。零件程序、参数、各种操作命
17、令和数操作面板监控和显示模块。零件程序、参数、各种操作命令和数据的输入（如软盘、硬盘、键盘、各种开关量和模拟量的输入、上位计算机据的输入（如软盘、硬盘、键盘、各种开关量和模拟量的输入、上位计算机输入等）、输出（如通过软盘、硬盘、键盘、各种开关量和模拟量的输出、输入等）、输出（如通过软盘、硬盘、键盘、各种开关量和模拟量的输出、打印机输出）、显示（如通过打印机输出）、显示（如通过LEDLED、CRTCRT、LCDLCD等）等）所需要的各种接口电路。所需要的各种接口电路。（）（）存储器模块。该模块作为程序和数据的主存储器，或功能模块间存储器模块。该模块作为程序和数据的主存储器，或功能模块间数据传送用
18、的共享存储器。数据传送用的共享存储器。畅共享总线结构畅共享总线结构 以系统总线为中心的多微处理器以系统总线为中心的多微处理器CNCCNC，把组成，把组成CNCCNC的各个功能部件划分为的各个功能部件划分为带有带有CPUCPU或或DMADMA器件的主模块和不带器件的主模块和不带CPUCPU或或DMADMA器件的从模块（如各种器件的从模块（如各种RAMRAM、ROMROM模块、模块、I IO O模块）两大类。所有主、从模块都插在配有总线插座的机柜内，模块）两大类。所有主、从模块都插在配有总线插座的机柜内，共享标准系统总线。系统总线的作用是把各个模块有效地连接在一起。按照共享标准系统总线。系统总线的
19、作用是把各个模块有效地连接在一起。按照标准协议交换各种数据和控制信息，构成完整的系统，实现各种预定的功能。标准协议交换各种数据和控制信息，构成完整的系统，实现各种预定的功能。二、多微处理器二、多微处理器CNC 结构结构（4 4）在系统中只有主模块有权控制和使用系统总线。同一时刻只能由一个主在系统中只有主模块有权控制和使用系统总线。同一时刻只能由一个主模块占有总线，通过仲裁电路裁决各主模块同时请求系统总线的竞争，按承模块占有总线，通过仲裁电路裁决各主模块同时请求系统总线的竞争，按承担任务的重要程度预先安排好各主模块的优先级别或高低顺序。总线仲裁的担任务的重要程度预先安排好各主模块的优先级别或高低
20、顺序。总线仲裁的目的就是在各主模块争用总线时，判别出各模块优先级的高低。支持多微处目的就是在各主模块争用总线时，判别出各模块优先级的高低。支持多微处理器系统的总线都设计有总线仲裁机构，通常有串行方式和并行方式两种裁理器系统的总线都设计有总线仲裁机构，通常有串行方式和并行方式两种裁决方式。在串行总线裁决方式中，优先权的排列是按链接位置决定的。某个决方式。在串行总线裁决方式中，优先权的排列是按链接位置决定的。某个主模块只有在前面优先权更高的主模块不占用总线时，才可使用总线，同时主模块只有在前面优先权更高的主模块不占用总线时，才可使用总线，同时通知其后优先权较低的主模块不得使用总线，图通知其后优先权
21、较低的主模块不得使用总线，图10.310.3为串行总线仲裁连线方为串行总线仲裁连线方式。在并行总线裁决方式中，要配置专用逻辑电路来解决主模块的判优问题，式。在并行总线裁决方式中，要配置专用逻辑电路来解决主模块的判优问题，通常采用优先权编码方案，图通常采用优先权编码方案，图10.4 10.4 为并行总线仲裁连线方式。为并行总线仲裁连线方式。二、多微处理器二、多微处理器CNC 结构结构（5 5）二、多微处理器二、多微处理器CNC 结构结构（6 6）各结构模块之间的通信主要依靠存储器来实现，大部分系统采用公共存各结构模块之间的通信主要依靠存储器来实现，大部分系统采用公共存储器方式。公共存储器直接插在
22、系统总线上，供任意两个主模块交换信息，储器方式。公共存储器直接插在系统总线上，供任意两个主模块交换信息，有总线使用权的主模块都能访问，使用公共存储器的通信双方都要占用系统有总线使用权的主模块都能访问，使用公共存储器的通信双方都要占用系统总线。总线。支持这种系统结构的总线有：支持这种系统结构的总线有：STD BUSSTD BUS（支持（支持8 8位和位和1616位字长），位字长），Multi Multi BusBus（I I型可支持型可支持1616位字长，位字长，型可支持型可支持3232位字长），位字长），S S100 BUS100 BUS（可支持（可支持1616位字长），位字长），BERSA
23、BUSBERSA BUS（可支持（可支持3232位字长）位字长）以及以及VME BUSVME BUS（可支持（可支持3232位字长）位字长）等。制造厂为这类总线提供各种型号规格的等。制造厂为这类总线提供各种型号规格的OEMOEM（Original Equipment Original Equipment manufacturemanufacture）产品，包括主模块和从模块，由用户选用。）产品，包括主模块和从模块，由用户选用。（）（）分布式总线结构。如图分布式总线结构。如图10.5 10.5 所示，各微处理器之间均通过一条所示，各微处理器之间均通过一条外部的通信链路连接在一起，它们相互之间的联
24、系及对共享资源的使用都要外部的通信链路连接在一起，它们相互之间的联系及对共享资源的使用都要通过网络技术来实现。通过网络技术来实现。二、多微处理器二、多微处理器CNC 结构结构（7 7）（）（）主从式总线结构。如图主从式总线结构。如图10.610.6所示，有一个微处理器称为主控微处所示，有一个微处理器称为主控微处理器，其它则称为从微处理器，各微处理器也都是完整独立的系统。只有主理器，其它则称为从微处理器，各微处理器也都是完整独立的系统。只有主控微处理器能控制总线，并访问总线上的资源，主微处理器通过该总线对从控微处理器能控制总线，并访问总线上的资源，主微处理器通过该总线对从微处理器进行控制、监视，
25、并协调多微处理器系统的操作；从微处理器只能微处理器进行控制、监视，并协调多微处理器系统的操作；从微处理器只能被动执行主微处理器发来的命令，或完成一些特定的功能，不可能与主微处被动执行主微处理器发来的命令，或完成一些特定的功能，不可能与主微处理器一起进行系统的决策和规划等工作，一般不能访问系统总线上的资源。理器一起进行系统的决策和规划等工作，一般不能访问系统总线上的资源。主、从微处理器的通信可以通过主、从微处理器的通信可以通过I IO O接口进行应答，也可以采用双端接口进行应答，也可以采用双端RAMRAM技术技术进行，即通信的双方都通过自己的总线读写同一个存储器。进行，即通信的双方都通过自己的总
26、线读写同一个存储器。二、多微处理器二、多微处理器CNC 结构结构（8 8）（）（）总线式多总线式多CPU CPU 结构。如图结构。如图10.710.7所示，有一条并行主总线连接着多所示，有一条并行主总线连接着多个微处理器系统，每个个微处理器系统，每个CPU CPU 可以直接访问所有系统资源，包括并行总线、总可以直接访问所有系统资源，包括并行总线、总线上的系统存储器及线上的系统存储器及I IO O接口；同时还允许自由独立地使用所有资源，诸如接口；同时还允许自由独立地使用所有资源，诸如局部存储器、局部局部存储器、局部I IO O接口等。各微处理器从逻辑上分不出主从关系，为解接口等。各微处理器从逻辑
27、上分不出主从关系，为解决多个主决多个主CPUCPU争用并行总线的问题，在这样的系统中有一个总线仲裁器，为各争用并行总线的问题，在这样的系统中有一个总线仲裁器，为各CPUCPU分配了总线优先级别，每一时刻，只有总线优先级较高的分配了总线优先级别，每一时刻，只有总线优先级较高的CPU CPU 可以使用并可以使用并行主线。行主线。二、多微处理器二、多微处理器CNC 结构结构（9 9）畅共享存储器结构畅共享存储器结构二、多微处理器二、多微处理器CNC 结构结构（1010）采用多端口存储器来实现各采用多端口存储器来实现各CPU CPU 之间的互联和通信，每个端口都配有一之间的互联和通信，每个端口都配有一
28、套数据、地址、控制线，以供端口访问，由专门的多端口控制逻辑电路解决套数据、地址、控制线，以供端口访问，由专门的多端口控制逻辑电路解决访问的冲突。但这种方式由于同一时刻只能有一个微处理器对多端口存储器访问的冲突。但这种方式由于同一时刻只能有一个微处理器对多端口存储器读写，所以功能复杂。当要求微处理器数量增多时，会因争用共享存储器读写，所以功能复杂。当要求微处理器数量增多时，会因争用共享存储器而造成信息传输的阻塞，降低系统效率，因此扩展功能很困难。图而造成信息传输的阻塞，降低系统效率，因此扩展功能很困难。图10.8 10.8 为采为采用多微处理器共享存储器的结构框图。用多微处理器共享存储器的结构框
29、图。二、多微处理器二、多微处理器CNC 结构结构（1111）思考与练习思考与练习 10.1.1 数控系统有哪几部分组成？数控系统有哪几部分组成？10.1.2 单微处理器数控系统有什么特点？单微处理器数控系统有什么特点？10.1.3 数控系统的多微处理器有哪几种典型结构？数控系统的多微处理器有哪几种典型结构？学习单元二数控装置的软件结构数控装置的软件结构单元二数控装置的软件结构单元二数控装置的软件结构单元学习目标单元学习目标了解数控系统的软件结构及界面特点；了解数控系统的软件结构及界面特点；理解数控系统中软件模块的工作特点。理解数控系统中软件模块的工作特点。单元学习内容单元学习内容1 1、数控装
30、置的软件结构、数控装置的软件结构2 2、数控装置软件结构的特点、数控装置软件结构的特点目 录一、数控装置的软件结构一、数控装置的软件结构（1 1）数控装置由软件和硬件组成，硬件为软件的运行提供了支持环境。数控数控装置由软件和硬件组成，硬件为软件的运行提供了支持环境。数控装置软件的结构取决于数控装置中软件和硬件的分工，也取决于软件本身所装置软件的结构取决于数控装置中软件和硬件的分工，也取决于软件本身所应完成的工作内容。数控装置软件是为实现数控装置各项功能而编制的专用应完成的工作内容。数控装置软件是为实现数控装置各项功能而编制的专用软件，又称系统软件，分为管理软件和控制软件两大部分，如图软件，又称
31、系统软件，分为管理软件和控制软件两大部分，如图10.9 10.9 所示。所示。在系统软件的控制下，数控装置对输入的加工程序自动进行处理并发出相在系统软件的控制下，数控装置对输入的加工程序自动进行处理并发出相应的控制指令，使机床进行工件的加工。应的控制指令，使机床进行工件的加工。一、数控装置的软件结构一、数控装置的软件结构（2 2）同一般计算机系统一样，由于软件和硬件在逻辑上是等价的，所以在数同一般计算机系统一样，由于软件和硬件在逻辑上是等价的，所以在数控装置中，由硬件完成的工作原则上也可以由软件来完成，但软、硬件各有控装置中，由硬件完成的工作原则上也可以由软件来完成，但软、硬件各有其不同特点。
32、硬件处理速度较快，但价格贵，软件设计灵活，适应性强，但其不同特点。硬件处理速度较快，但价格贵，软件设计灵活，适应性强，但处理速度较慢，因此在数控装置中，软、硬件的分配比例通常由其性能价格处理速度较慢，因此在数控装置中，软、硬件的分配比例通常由其性能价格比决定。比决定。随着电子和计算机技术的发展，以随着电子和计算机技术的发展，以“硬连接硬连接”构成的数控系统，逐渐过构成的数控系统，逐渐过渡到以软件为主要标志的渡到以软件为主要标志的“软连接软连接”数控时代。即用软件实现机床的逻辑控数控时代。即用软件实现机床的逻辑控制、运动控制，因而具有较强的灵活性和适应性。制、运动控制，因而具有较强的灵活性和适应
33、性。一、数控装置的软件结构一、数控装置的软件结构（3 3）图图10.1010.10为三种典型数控装置的软、硬件界面关系。为三种典型数控装置的软、硬件界面关系。二、数控装置软件结构的特点二、数控装置软件结构的特点（1 1）数控装置是一个专用的实时多任务计算机系统，在它的控制软件中，融数控装置是一个专用的实时多任务计算机系统，在它的控制软件中，融会了当今计算机软件技术中的许多先进技术，其中多任务并行处理、前后台会了当今计算机软件技术中的许多先进技术，其中多任务并行处理、前后台型软件结构和中断软件结构三个特点又最为突出。型软件结构和中断软件结构三个特点又最为突出。数控装置的多任务并行处理数控装置的多
34、任务并行处理 数控装置软件一般包括管理软件和控制软件两大部分。管理软件包括输数控装置软件一般包括管理软件和控制软件两大部分。管理软件包括输入、入、I IO O 处理、显示、诊断等；而系统控制软件包括译码、刀具补偿、速度处理、显示、诊断等；而系统控制软件包括译码、刀具补偿、速度处理、插补、位置补偿等。在许多情况下，数控装置的管理的控制工作必须处理、插补、位置补偿等。在许多情况下，数控装置的管理的控制工作必须同时进行，即所谓的并行处理。例如，加工控制时必须同步显示系统的有关同时进行，即所谓的并行处理。例如，加工控制时必须同步显示系统的有关状态，位置控制与状态，位置控制与I IO O 控制同步处理，
35、并始终伴随着故障诊断功能；控制本控制同步处理，并始终伴随着故障诊断功能；控制本身的插补、位置控制、预处理之间的并行处理。图身的插补、位置控制、预处理之间的并行处理。图10.1110.11为并行任务处理图，为并行任务处理图，双向箭头表示两个模块之间有并行处理关系双向箭头表示两个模块之间有并行处理关系二、数控装置软件结构的特点二、数控装置软件结构的特点（2 2）前后台型软件结构前后台型软件结构 数控装置软件可以设计成不同的结构形式，不同的软件结构对各任务的数控装置软件可以设计成不同的结构形式，不同的软件结构对各任务的安排方式、管理方式也不同。常见的数控装置软件结构形式有前后台型软件安排方式、管理方
36、式也不同。常见的数控装置软件结构形式有前后台型软件结构和中断软件结构。前后台型软件结构适合于采用集中控制的单微处理器结构和中断软件结构。前后台型软件结构适合于采用集中控制的单微处理器数控装置。在这种软件结构中，前台程序为实时中断程序，承担了几乎全部数控装置。在这种软件结构中，前台程序为实时中断程序，承担了几乎全部实时功能，这些功能都与机床动作直接相关，如位置控制、插补、辅助功能实时功能，这些功能都与机床动作直接相关，如位置控制、插补、辅助功能二、数控装置软件结构的特点二、数控装置软件结构的特点（3 3）处理、面板扫描及输出等。后台程序主要用来完成准备工作和管理工作，包处理、面板扫描及输出等。后
37、台程序主要用来完成准备工作和管理工作，包括输入、译码、插补准备及管理等，通常称为背景程序。背景程序是一个循括输入、译码、插补准备及管理等，通常称为背景程序。背景程序是一个循环运行程序，在其运行过程中实时中断程序不断插入。前后台程序相互配合环运行程序，在其运行过程中实时中断程序不断插入。前后台程序相互配合完成加工任务。如图完成加工任务。如图10.12 10.12 所示，程序启动后，运行完初始化程序即进入背所示，程序启动后，运行完初始化程序即进入背景程序环，同时开放定时中断，每隔一固定时间间隔发生一次定时中断，执景程序环，同时开放定时中断，每隔一固定时间间隔发生一次定时中断，执行一次中断服务程序。
38、就这样，中断程序和背景程序有条不紊地协同工作。行一次中断服务程序。就这样，中断程序和背景程序有条不紊地协同工作。二、数控装置软件结构的特点二、数控装置软件结构的特点（4 4）中断型软件结构中断型软件结构 中断型软件结构没有前后之分，除了初始化程序外，根据各控制模块实中断型软件结构没有前后之分，除了初始化程序外，根据各控制模块实时的要求不同，把控制程序安排成不同级别的中断服务程序，整个软件是一时的要求不同，把控制程序安排成不同级别的中断服务程序，整个软件是一个大的多重中断系统，系统的管理功能主要通过各级中断服务程序之间的通个大的多重中断系统，系统的管理功能主要通过各级中断服务程序之间的通信来实现
39、。位置控制被安排在级别较高的中断程序中，其原因是刀具运动的信来实现。位置控制被安排在级别较高的中断程序中，其原因是刀具运动的实时性要求最高，数控装置必须提供及时的服务。实时性要求最高，数控装置必须提供及时的服务。CRTCRT显示级别最低，在不发显示级别最低，在不发生其它中断的情况下才进行显示。生其它中断的情况下才进行显示。（）（）中断程序的通信方式中断程序的通信方式 为了进行系统管理，系统中断程序之间采取的通行方式有以下几种。为了进行系统管理，系统中断程序之间采取的通行方式有以下几种。设置软件中断。第设置软件中断。第1 1、2 2、4 4 级设置成软件中断，第级设置成软件中断，第6 6级设置硬
40、件中断，级设置硬件中断，由时钟定时执行，每由时钟定时执行，每4 4中断一次。第中断一次。第6 6级中断请求两次后，第级中断请求两次后，第4 4级中断产生级中断产生一次（第一次（第4 4级每级每8 8 产生一次）。第产生一次）。第6 6级中断四次，第级中断四次，第1 1，2 2级设置中断请求级设置中断请求一次。这样便将第一次。这样便将第1 1、2 2、4 4、6 6级中断联系起来。级中断联系起来。二、数控装置软件结构的特点二、数控装置软件结构的特点（5 5）中断服务程序自身的链接。系统的第中断服务程序自身的链接。系统的第1 1级中断分为级中断分为1313个口，每一个口个口，每一个口对应状态的一位
41、，每一位对应处理一个任务，即第对应状态的一位，每一位对应处理一个任务，即第1 1级中断包括级中断包括1313个子任务。个子任务。在执行第在执行第1 1 级中断各口的处理时，可以设置口状态字处理其它位的请求，如级中断各口的处理时，可以设置口状态字处理其它位的请求，如图图10.1310.13所示。如在所示。如在8 8号口的处理程序中，可将号口的处理程序中，可将2 2号口置号口置1 1，这样，这样8 8号口程序一旦号口程序一旦执行完，即刻转入执行完，即刻转入2 2号口处理。号口处理。设置标志。标志是各程序之间相互通信的有力工具。例如，第设置标志。标志是各程序之间相互通信的有力工具。例如，第4 4级中
42、级中断主要完成插补功能，每断主要完成插补功能，每8ms8ms中断一次。译码、刀具半径补偿等在第中断一次。译码、刀具半径补偿等在第1 1级中断级中断中进行。在第中进行。在第1 1级中断服务程序中，进行完译码和刀具半径补偿后即刻设置标级中断服务程序中，进行完译码和刀具半径补偿后即刻设置标志。是否开放插补中断程序取决于该标志的设置。在未设置译码、刀具半径志。是否开放插补中断程序取决于该标志的设置。在未设置译码、刀具半径完成标志时，数控装置跳过插补服务程序而继续往下执行。完成标志时，数控装置跳过插补服务程序而继续往下执行。二、数控装置软件结构的特点二、数控装置软件结构的特点（6 6）（）（）典型中断的
43、功能典型中断的功能 第第2 2级中断。主要功能是对机床控制台的输入信号（控制台送给级中断。主要功能是对机床控制台的输入信号（控制台送给NC NC 的的控制开关信号和按钮信号）及控制开关信号和按钮信号）及NCNC键盘进行监控处理。其次是穿孔机操作处理，键盘进行监控处理。其次是穿孔机操作处理，还有还有M M、S S、T T、H H强电信号处理和输出信号处理等。第强电信号处理和输出信号处理等。第2 2级中断的简化框图如图级中断的简化框图如图10.14 10.14 所示，程序段的增量以所示，程序段的增量以8ms8ms为单位。为单位。二、数控装置软件结构的特点二、数控装置软件结构的特点（7 7）第第4
44、4级中断。该级中断最重要的功能是完成插补计算。系统中采用级中断。该级中断最重要的功能是完成插补计算。系统中采用“时间分割法时间分割法”插补，即将程序段的增量以插补，即将程序段的增量以8ms8ms为单位，划分为许多小段，每为单位，划分为许多小段，每次插补进给一小段。一次插补处理可以分次插补进给一小段。一次插补处理可以分4 4个阶段，即速度计算、插补计算、个阶段，即速度计算、插补计算、终点判别、进给量变换。第终点判别、进给量变换。第4 4级中断简化框图如图级中断简化框图如图10.1510.15所示。所示。设置标志，在下一次第设置标志，在下一次第4 4级中段时，先根据标志进行下一程序段的第级中段时，
45、先根据标志进行下一程序段的第4 4级预处理（将轨迹参数搬到插补的参数区等）；进行速度处理，根据所级预处理（将轨迹参数搬到插补的参数区等）；进行速度处理，根据所设的标志，将本次插补的轴向进给量，作为本次总的轴向进给量；插补设的标志，将本次插补的轴向进给量，作为本次总的轴向进给量；插补预处理，是将由第预处理，是将由第1 1级中断计算出的并已存于级中断计算出的并已存于“输入存储器输入存储器”的本程序段刀具的本程序段刀具运动的中心轨迹等参数及一些轨迹线型（运动的中心轨迹等参数及一些轨迹线型（G01G01，G02G02）标志，搬入参数区。一）标志，搬入参数区。一般，对于有插补要求的程序段，都要先进行插补
46、预处理。般，对于有插补要求的程序段，都要先进行插补预处理。进给量换算处理。进给量换算包括进给量公英制换算和进给量的指数加进给量换算处理。进给量换算包括进给量公英制换算和进给量的指数加减处理。减处理。二、数控装置软件结构的特点二、数控装置软件结构的特点（8 8）第第6 6级中断。本级中断主要完成位置控制、级中断。本级中断主要完成位置控制、4ms4ms定时计时和存储器奇偶定时计时和存储器奇偶校验工作。该典型数控系统中，位置控制是软件和硬件配合下完成的。软件校验工作。该典型数控系统中，位置控制是软件和硬件配合下完成的。软件部分的任务是在第部分的任务是在第6 6级中断中，定时地从级中断中，定时地从“实
47、际位置计数器实际位置计数器”中回收实际位置中回收实际位置值，然后将位置指令值与实际位置值之间的差值换算成速度指令值，送给硬值，然后将位置指令值与实际位置值之间的差值换算成速度指令值，送给硬件的件的“速度指令寄存器速度指令寄存器”，去控制电动机的运转，去控制电动机的运转4ms4ms定时计时。具体办法是：定时计时。具体办法是：对对4ms4ms进行计数，每隔进行计数，每隔8ms8ms定时地产生一次第定时地产生一次第 级和第级和第 级软件中断请求。级软件中断请求。每隔每隔16ms16ms定时地产生一次第定时地产生一次第 级和第级和第 级软件中断请求。以级软件中断请求。以4ms4ms为时间基准，为时间基
48、准，对对4ms4ms进行累加计算，和数就是进行累加计算，和数就是数控装置使用的时间，这就是计时功能。数控装置使用的时间，这就是计时功能。存储器奇偶校验，其方法依存储器奇偶校验，其方法依ROMROM和和RAMRAM而有所不同，通过读、写奇偶校验而有所不同，通过读、写奇偶校验的方法，来判断的方法，来判断RAMRAM是否出错，如果出错，先使伺服系统停止工作，并报警；是否出错，如果出错，先使伺服系统停止工作，并报警；然后，对出错的区域进行写和读全然后，对出错的区域进行写和读全0 0，全，全1 1试验，找出出错的地址和出错的状试验，找出出错的地址和出错的状态，并将出错范围、出错地址和出错状态在显示器上显
49、示。态，并将出错范围、出错地址和出错状态在显示器上显示。ROMROM的奇偶校验以的奇偶校验以一块一块ROMROM为单位，通过求该块为单位，通过求该块ROMROM的累加和的方法实现。若出错，则使伺服系的累加和的方法实现。若出错，则使伺服系统停止工作，点亮报警灯，找出出错的位置，并在显示器上显示出该统停止工作，点亮报警灯，找出出错的位置，并在显示器上显示出该ROMROM在印在印制板上的安装位置。第制板上的安装位置。第6 6级中断简化框图如图级中断简化框图如图10.1610.16所示。所示。二、数控装置软件结构的特点二、数控装置软件结构的特点（9 9）二、数控装置软件结构的特点二、数控装置软件结构的
50、特点（1010）思考与练习思考与练习 10.2.1 10.2.1 数控装置系统软件结构的特点是什么？数控装置系统软件结构的特点是什么？10.2.2 10.2.2 数控装置系统软、硬件界面有哪几种形式？数控装置系统软、硬件界面有哪几种形式？10.2.3 10.2.3 数控系统的功能由硬件和软件实现各有什么特点？数控系统的功能由硬件和软件实现各有什么特点？二、数控装置软件结构的特点二、数控装置软件结构的特点（1111）学习单元三数控装置的信息处理数控装置的信息处理单元学习目标单元学习目标了解数控装置控制软件的基本任务；了解数控装置控制软件的基本任务；理解零件程序的输入、数据处理、插补计算的要求和原
