一種基于多cpu架構(gòu)的數(shù)控車床專用控制方法
【專利摘要】一種基于多CPU架構(gòu)的數(shù)控車床專用控制方法，屬于數(shù)控車床專用控制方法領(lǐng)域，多CPU控制器模塊、通信接口模塊，I/O模塊、電源模塊和人機(jī)交互模塊，其中多CPU控制器模塊通過通信接口模塊與人機(jī)交互模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，電源模塊給其他幾個(gè)模塊供電。本發(fā)明以多片嵌入式芯片為控制核心，以此為基礎(chǔ)配備其他外圍器件，構(gòu)成多CPU控制器，采用該控制器可以解決目前數(shù)控車床控制系統(tǒng)存在的控制精度、功能和價(jià)格方面存在的缺陷問題，可實(shí)現(xiàn)多路伺服電機(jī)高精度控制。
【專利說(shuō)明】一種基于多CPU架構(gòu)的數(shù)控車床專用控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)控車床專用控制方法，尤其與一種基于多CPU架構(gòu)的數(shù)控車床專用控制方法有關(guān)。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003]數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)作為現(xiàn)代工業(yè)基石的，是工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中無(wú)論如何都不能繞過一個(gè)關(guān)鍵性問題，我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)由于先天不足，仍然較為落后，中高端機(jī)床項(xiàng)目發(fā)展上一直落后于國(guó)外主流水準(zhǔn)，正處于一個(gè)追趕的過程當(dāng)中。
[0004]我國(guó)的數(shù)控機(jī)床技術(shù)現(xiàn)在目前最多只能做到五軸聯(lián)動(dòng)，而且五軸聯(lián)動(dòng)的控制效果也不是很好，五軸以上幾乎是全部進(jìn)口，并且在多點(diǎn)聯(lián)動(dòng)的技術(shù)上也和國(guó)外技術(shù)水準(zhǔn)存在非常大的差距，國(guó)產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床、國(guó)產(chǎn)核心功能部件在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的占有率非常低。
[0005]目前數(shù)控車床控制器主要有兩種類型，一種是采用通用PLC作為控制器，該種類型控制器技術(shù)較為成熟，控制器穩(wěn)定性好，在各個(gè)領(lǐng)域都有大量的應(yīng)用，而且編程簡(jiǎn)單，程序可讀性強(qiáng)，但是作為一種通用控制器，其控制精度和功能上會(huì)有一些缺陷，而且對(duì)于大型裝備制造企業(yè)，PLC控制器價(jià)格昂貴，如果批量用于該類型控制器將會(huì)大大提高生產(chǎn)成本。
[0006]另一種是采用專用控制器，但目前國(guó)內(nèi)在這個(gè)方面的研究還處于起步階段，目前市場(chǎng)上控制器的設(shè)計(jì)和機(jī)械系統(tǒng)的開發(fā)是分離的，控制器程序可重用性差，開發(fā)效率低，控制程序燒寫到控制器中以后不可更改，這都降低了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。
[0007]傳統(tǒng)加工設(shè)備控制系統(tǒng)大都采用開關(guān)電源進(jìn)行供電，實(shí)現(xiàn)交直流的轉(zhuǎn)換，但是普通開關(guān)電源穩(wěn)定性較差，有很大的電壓值波動(dòng)，有時(shí)甚至?xí)?duì)系統(tǒng)造成損害。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種基于多CPU架構(gòu)的數(shù)控車床專用控制方法，以多片嵌入式芯片為控制核心，以此為基礎(chǔ)配備其他外圍器件，構(gòu)成多CPU控制器，采用該控制器可以解決目前數(shù)控車床控制系統(tǒng)存在的控制精度、功能和價(jià)格方面存在的缺陷問題，可實(shí)現(xiàn)多路伺服電機(jī)高精度控制。
[0009]為達(dá)到上述目標(biāo)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種基于多C P U架構(gòu)的數(shù)控車床專用控制方法，包括多CPU控制器模塊、I/O模塊、通信接口模塊、電源模塊和人機(jī)交互模塊。電源模塊和其他各模塊相連，給其他幾個(gè)模塊供電，人機(jī)交互模塊實(shí)現(xiàn)人機(jī)信息交互，多CPU控制器模塊I通過通信接口模塊2與人機(jī)交互模塊3進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，I/O模塊用于實(shí)現(xiàn)多CPU控制器模塊和機(jī)器上的控制接口間的信號(hào)中繼，起到隔離作用。
[0010]多CPU控制器模塊采用多個(gè)SOC處理器作為控制器核心部件，各SOC處理器可獨(dú)立輸出PWM，實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)。多CPU控制器模塊中的每片CPU通過SPI總線與通信接口模塊進(jìn)行通信，通信接口模塊通過RS232和人機(jī)交互模塊進(jìn)行通信。
[0011]人機(jī)交互模塊支持在線組態(tài)技術(shù)，用戶可以根據(jù)需要選擇顯示內(nèi)容和方式，在不退出系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的情況下可以直接進(jìn)入組態(tài)環(huán)境修改組態(tài)，使修改后的組態(tài)直接生效，而且使用者在生成適合自己需要的應(yīng)用程序時(shí)不需要修改軟件程序的源代碼。這為軟件開發(fā)帶來(lái)了極大的便利。
[0012]I/O模塊作為信號(hào)中繼部件，用于實(shí)現(xiàn)多CPU控制器模塊與外界機(jī)器控制信號(hào)之間的信號(hào)中繼，該部件采用了光耦隔離，提高了系統(tǒng)的安全性。
[0013]通信接口模塊在轉(zhuǎn)發(fā)文本顯示器的數(shù)據(jù)時(shí)，同時(shí)讓SPI總線中的片選信號(hào)有效，使得多CPU控制器模塊中的多片CPU能同時(shí)收到數(shù)據(jù)；同時(shí)，采用定時(shí)方式對(duì)多CPU控制器模塊中的多片CPU進(jìn)行輪詢，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包再轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)給人機(jī)交互模塊；
電源模塊，實(shí)現(xiàn)了 220V交流電到+5V直流電的轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換電路中增加了穩(wěn)壓隔離電路，提聞了電源的穩(wěn)定性。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
1、由于采用了多CPU控制器模塊作為核心控制，可以大大提高系統(tǒng)的控制精度，同時(shí)現(xiàn)在的CPU價(jià)格不高，整個(gè)控制系統(tǒng)的造價(jià)會(huì)比相同性能的PLC控制器低很多。
[0015]2、通過通信接口模塊來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的高度并行，提升控制的精度。
[0016]3、人機(jī)交互模塊可以直觀顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并可以在線設(shè)置控制器運(yùn)行參數(shù)，可以在線更改控制器系統(tǒng)組態(tài)，從而可以在運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的功能，大大提高了系統(tǒng)的智能化水平。
[0017]4、整個(gè)系統(tǒng)采用了 I/O模塊來(lái)傳遞控制器和機(jī)器間的控制信號(hào)，使得控制單元與外界環(huán)境進(jìn)行隔離，同時(shí)也提高了所傳輸信號(hào)的質(zhì)量，使得系統(tǒng)在復(fù)雜生產(chǎn)加工環(huán)境下可以可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。
[0018]5、由于隔離穩(wěn)壓模塊連接在開關(guān)電源與穩(wěn)壓模塊之間，隔離穩(wěn)壓模塊可以產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓，足以保證在開關(guān)電源供電不良導(dǎo)致輸出電壓波動(dòng)時(shí)使得系統(tǒng)CPU可以正常工作。多一層隔離穩(wěn)壓模塊，可以有效提高系統(tǒng)的抗電源干擾能力。通過該方式可以有效保證芯片工作的可靠性，進(jìn)而保證通信數(shù)據(jù)的正確性和穩(wěn)定性。
[0019]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
圖1為系統(tǒng)硬件組成圖2為多CPU控制器組成示意圖
圖中，I多CPU控制器模塊，2通信接口模塊，3人機(jī)交互模塊，4 I/O模塊，5電源模塊【具體實(shí)施方式】:
支持在線組態(tài)數(shù)控車床專用控制方法以SOC處理器作為控制器核心部件，配以外圍器件，形成系統(tǒng)的控制主板部分，其上運(yùn)行控制軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控車床的專用控制。軟件部分可借助圖編程軟件環(huán)境進(jìn)行程序的開發(fā)和下載，并可實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試和實(shí)時(shí)監(jiān)控。工程師可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)線的配置，完成程序的開發(fā)和功能的修改。
[0020]由圖1-2所示，系統(tǒng)組成如下:
1、多CPU控制器模塊I是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，包括32路輸入端口、24路輸出端口和6路伺服電機(jī)控制端口。多CPU控制器模塊的每個(gè)處理器中都會(huì)燒寫驅(qū)動(dòng)程序，控制系統(tǒng)的板級(jí)初始化工作由各個(gè)處理器的驅(qū)動(dòng)程序完成。其中電源模塊為該模塊提供+5V電源，通信接口模塊用于實(shí)現(xiàn)該模塊與上位機(jī)間的通信，上位機(jī)編譯生成的控制程序通過通信模塊2下載到多CPU控制器模塊上運(yùn)行，當(dāng)多CPU控制器模塊處于運(yùn)行態(tài)時(shí)，上位機(jī)可以通過通信接口模塊2來(lái)在線監(jiān)控核心控制器的運(yùn)行狀態(tài)，I/O模塊4用于傳送控制信號(hào)，同時(shí)起到隔離作用，使系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定。
[0021]多CPU控制器模塊I采用SOC處理器作為核心部件。CPU間的通信由各個(gè)處理器驅(qū)動(dòng)程序配合完成。CPU間通過相互通信來(lái)協(xié)調(diào)工作步調(diào)，數(shù)控車床的控制程序下載到處理器中，在需要各個(gè)處理器工作的地方可以通過CPU間通信來(lái)控制各個(gè)處理器工作。多片CPU協(xié)同工作，可完成六路伺服電機(jī)的同步控制。
[0022]2、各個(gè)處理器通過SPI總線與通信接口模塊相連，通信接口模塊在轉(zhuǎn)發(fā)文本顯示器的數(shù)據(jù)時(shí)，同時(shí)讓SPI總線中的片選信號(hào)有效，使得多CPU控制器模塊中的多片CPU能同時(shí)收到數(shù)據(jù)；通信接口模塊定時(shí)對(duì)多CPU控制器模塊中的多片CPU進(jìn)行輪詢，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包再轉(zhuǎn)發(fā)給人機(jī)交互模塊3。
[0023]3、人機(jī)交互模塊3，該模塊具有文本顯示功能，可以直觀的將系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)顯示出來(lái)，操作者也可以通過該模塊來(lái)配置系統(tǒng)參數(shù)，在線組態(tài)控制程序，從而實(shí)現(xiàn)不同功能。例如我們可以在該模塊更改機(jī)器控制動(dòng)作的先后順序，更改各個(gè)車削刀架的工作模式等，該模塊的使用大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的智能化水平，使得數(shù)控車床更易于控制。
[0024]本控制系統(tǒng)中，通過多CPU控制器模塊I和人機(jī)交互模塊3的相互配合來(lái)實(shí)現(xiàn)在線組態(tài)。人機(jī)交互模塊可以提供可視化的組態(tài)界面，用戶可以在可視化界面中查看系統(tǒng)控制程序的功能模塊，并對(duì)其進(jìn)行配置，用戶可以根據(jù)不同的工藝需要組態(tài)不同的功能模塊，并能通過通信接口模塊2將組態(tài)信息保存到多CPU控制器中，在下次運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)運(yùn)行已保存的新的控制程序。該技術(shù)為控制程序的編寫帶來(lái)了極大的便利，編寫控制程序只需要將各個(gè)功能封裝成不同的模塊，然后根據(jù)具體的生產(chǎn)流程進(jìn)行在線組態(tài)，這也大大的提高了該控制系統(tǒng)的適用范圍。如果使用傳統(tǒng)控制器，當(dāng)用戶需要更改生產(chǎn)流程時(shí)，必須得由數(shù)控車床生產(chǎn)企業(yè)的專業(yè)人員重新編寫控制程序，并將程序重新下載到控制器中去，這就會(huì)造成極大的人力資源的消耗。
[0025]4、I/O模塊4，該模塊實(shí)現(xiàn)多CPU控制器模塊與機(jī)器控制接口間的通信，由于核心控制器工作電源為直流，而外界機(jī)器則是采用交流電源，因此系統(tǒng)采用全隔離的輸入數(shù)出接口方式，輸入輸出信號(hào)全部要經(jīng)過光耦隔離電路進(jìn)行光耦隔離，經(jīng)過這樣的處理，即使在大沖擊、強(qiáng)干擾情況下，機(jī)器設(shè)備工作異常時(shí)，也不至于影響多CPU控制器模塊工作，確保在外圍出現(xiàn)不確定因素的情況下可以保證多CPU控制器模塊不會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)料的工作情況，同時(shí)也提高了多CPU控制器模塊的使用壽命。
[0026]5、電源模塊5，電源模塊采用開關(guān)電源將電網(wǎng)交流電轉(zhuǎn)化成24V直流電，此時(shí)的直流電穩(wěn)定性較差，再通過穩(wěn)壓隔離電路將波動(dòng)較大的24V直流電轉(zhuǎn)換成+5V的穩(wěn)定輸出，此時(shí)的+5直流電穩(wěn)定性較好，再經(jīng)過穩(wěn)壓電路濾波，就可以得到非常穩(wěn)定的直流電，可以用于驅(qū)動(dòng)控制電路。
【權(quán)利要求】
1.一種基于多CPU架構(gòu)的數(shù)控車床專用控制方法，包括多CPU控制器模塊(I)、通信接口模塊(2)，I/O模塊(4)、電源模塊(5)和人機(jī)交互模塊(3)，其特征在于多CPU控制器模塊(I)通過通信接口模塊(2 )與人機(jī)交互模塊(3 )進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，電源模塊(5 )給其他幾個(gè)模塊供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控車床專用控制方法，其特征在于多CPU控制器模塊(I)中包括多個(gè)SOC處理器，每個(gè)SOC處理器都可以獨(dú)立輸出PWM。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述數(shù)控車床專用控制方法，其特征在于多CPU控制器模塊(I)中的每片CPU通過SPI總線與通信接口模塊(2)進(jìn)行通信，通信接口模塊通過RS232和人機(jī)交互模塊進(jìn)行通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述數(shù)控車床專用控制方法，其特征在于通信接口模塊(2)在轉(zhuǎn)發(fā)文本顯示器的數(shù)據(jù)時(shí)，同時(shí)讓SPI總線中的片選信號(hào)有效，使得多CPU控制器模塊(I)中的多片CPU能同時(shí)收到數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述數(shù)控車床專用控制方法，其特征在于通信接口模塊(2)定時(shí)對(duì)多CPU控制器模塊中的多片CPU進(jìn)行輪詢，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包再轉(zhuǎn)發(fā)給人機(jī)交互模塊(3)。
【文檔編號(hào)】G05B19/414GK104238461SQ201310233332
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月14日
【發(fā)明者】劉罡, 章躍軍, 鄔惠峰 申請(qǐng)人:浙江陀曼精密機(jī)械有限公司