一種相貫線切割機數字控制系統的制作方法
【專利摘要】一種相貫線切割機數字控制系統，包括：計算機，用于控制所述系統；運動控制裝置，進行插補運算并對伺服周期進行控制；所述運動控制裝置連接在所述計算機上。所述運動控制裝置包括DSP芯片和FPGA芯片，所述DSP芯片用于進行軌跡規劃、速度前瞻和速度規劃，所述FPGA芯片用于進行插補運算和伺服周期控制，本系統能夠解決現有相貫線切割機數字控制系統操作復雜、使用門檻高、細節實現不完善的問題。
【專利說明】一種相貫線切割機數字控制系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及數控切割機控制領域，尤其涉及一種相貫線切割機數字控制系統。
【背景技術】
[0002]目前6軸4聯動相貫線切割機數字控制器種類較多，從硬件結構上來區分，可以分為基于嵌入式的封閉數控系統和基于PC機的開放式數控系統。基于嵌入式的數控系統是用單片機或ARM芯片為主控芯片實現運動控制算法，雖然其成本較低，一般來說體積也較小，但是存在以下不足:(I)嵌入式系統運算能力較差，以ARM Cortex-A8為例，720MHz主頻的CPU其運算能力僅為Intel Atom N270 L 6GHz CPU的1/20，無法有效地進行運動控制插補運算；(2)嵌入式系統的操作習慣支持不如PC機系統，用戶界面不夠友好；(3)嵌入式系統上較難集成第三方工具，例如和數控系統配套的CAM軟件，在PC上可以正常運行，而在嵌入式上則難以實現；(4)嵌入式系統開發難度大于PC機上軟件開發，由于開發是在普通PC上進行的，所以嵌入式的開發需要進行交叉編譯，這對于軟件的調試糾錯會帶來很大的麻煩，進而影響開發速度。
[0003]基于PC機的數控系統，是利用運動控制卡提供的各類運動控制功能，調用API函數實現對機床的控制。雖然其成本較高，但是卻擁有眾多優點，除了全面超越嵌入式數控系統的上述4點以外，PC機數控系統還有如下優點:(I)商業軟件優良的一致性，windows操作系統一直以來都在致力于軟件的兼容，因此將WindowsXP的程序做少許改動就能將其移植到Wind0ws7操作系統上，在極少的工作量情況下完成操作系統的升級；(2)專用運動控制卡的高穩定性，由于運動控制卡只需要面對有限的API函數接口，無需過多考慮各種特殊需求，因此運動控制卡的穩定性極大的優于嵌入式系統；(3)易維護性，基于X86架構的硬件在市場上非常容易購買，若干年后哪怕原先的型號停產了也可以買到兼容的最新硬件，而嵌入式的硬件一旦停產，只有將整個系統全部更新。正是由于以上的諸多區別，使基于PC式的數控系統非常適合于類似切管系統這類較為專用的數控系統。
[0004]現在的6軸4聯動相貫線切割機數字控制系統通常是用通用數控系統來實現的，例如西班牙發格系統、德國西門子系統、日本發那科系統。這些系統性能穩定，功能強大，但是卻存在著如下不足:
(1)技術門檻高，一般廠家沒有能力將一臺通用數控系統改造成適用于某個專門應用的數控系統；
(2)操作界面復雜，由于通用數控系統的設計目標是面向各類數控系統，所以其人機界面無法對所針對的應用做非常細致的優化，包括工藝參數、行業稱呼等，因此造成界面復雜，培訓上手難度較大。
[0005]為解決上述問題，本發明提供一種相貫線切割機數字控制系統，能夠解決現有相貫線切割機數字控制系統操作復雜、使用門檻高、細節實現不完善的問題。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種相貫線切割機數字控制系統，能夠解決現有相貫線切割機數字控制系統操作復雜、使用門檻高、細節實現不完善的問題。
[0007]一種相貫線切割機數字控制系統，包括:
計算機，用于控制所述系統；
運動控制裝置，進行插補運算并對伺服周期進行控制；
所述運動控制裝置連接在所述計算機上。
[0008]其中，
所述計算機是個人計算機，所述計算機包括至少2個PCI插槽；
所述計算機的操作系統為Windows Embedded Standard 2009,所述操作系統經過裁
剪，并具有磁盤寫保護功能。
[0009]所述運動控制裝置是運動控制卡，所述運動控制卡置于所述PCI插槽中，所述運動控制卡包含8K字節大小的緩沖區。
[0010]所述運動控制裝置包括DSP芯片和FPGA芯片，所述DSP芯片用于進行軌跡規劃、速度前瞻和速度規劃，所述FPGA芯片用于進行插補運算和伺服周期控制。
[0011]所述軌跡規劃是:根據上位機提供的軌跡值，使用正向運動學方程計算出相貫線切割機的各個軸的目標位置；
所述運動控制裝置根據所述速度前瞻計算相貫線切割機的各個軸運動段的末點運行速度。
[0012]所述相貫線切割機是6軸4聯動相貫線切割機；
所述6軸為XYZB⑶軸，其中XYZU軸為平移軸，BC軸為旋轉軸，聯動的4軸為XYBC軸，所述Z軸在運動中自動保持聯動控制。
[0013]所述Z軸通過雙接近開關檢測高度，當割嘴與鋼管過近時，兩個接近開關同時有信號，所述系統控制Z軸上升，當割嘴與鋼管過遠時，兩個接近開關同時沒有信號，所述系統控制Z軸下降，當兩個接近開關只有一個有信號時，所述系統維持當前Z軸高度。
[0014]作為優選，所述系統還包括:
輸入輸出裝置，用于輸入輸出相關信息，所述輸入輸出裝置包括:液晶顯示輸出設備、觸摸屏設備、鍵盤輸入設備和輸入輸出接口卡。
[0015]所述輸入輸出接口卡包括:隔離模塊、濾波模塊和信號放大模塊，所述輸入輸出接口卡通過總線進行連接，并能夠進行級聯。
[0016]所述輸入輸出接口卡的所有對外接口通過光耦進行隔離并進行濾波。
[0017]所述輸入輸出接口卡置于強電柜或控制柜中，與外部強電控制接口分離并通過屏蔽線連接。
[0018]作為優選，所述控制所述系統包括:加工數據管理、狀態監測、遠程控制、日志管理和智能報警中的至少一種。
[0019]所述加工數據管理包括:加工圖紙、加工代碼、確定對應代碼下料數量和零件數據庫管理中的至少一種。
[0020]所述狀態監測包括:輸入輸出狀態監測、零件加工實時軌跡跟蹤和機床各軸的坐標位置監控中的至少一種。
[0021]所述遠程控制包括:遠程控制機床停止、遠程監測機床狀態中的至少一種。[0022]所述日志管理包括:記錄用戶按鍵操作、記錄機床狀態歷史中的至少一種。
[0023]所述智能報警為:在出現錯誤時自動提示并確保安全停車，直至用戶手工解除報
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目O
[0024]作為優選，所述系統還包括不間斷電源，在斷電時為所述系統供電。當所述系統檢測到斷電信號時自動停止運動，并保存現場運行數據；當所述系統重新上電后一鍵恢復斷電時的現場狀態。
[0025]本發明提供一種相貫線切割機數字控制系統，能夠解決現有相貫線切割機數字控制系統操作復雜、使用門檻高、細節實現不完善的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是本發明的一種相貫線切割機數字控制系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面結合【具體實施方式】并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本發明的概念。
[0028]圖1是本發明的一種相貫線切割機數字控制系統的結構示意圖。
[0029]根據圖1所示，一種相貫線切割機數字控制系統，包括:
計算機I，用于控制所述系統；
運動控制裝置2，進行插補運算并對伺服周期進行控制；
所述運動控制裝置2連接在所述計算機上。
[0030]其中，
所述計算機I是個人計算機，所述計算機I包括至少2個PCI插槽；
所述計算機I中裝有電子硬盤，該硬盤具有優于傳統機械硬盤的抗震、抗低溫、抗高溫性能，該硬盤用來安裝Windows Embedded Standard 2009操作系統,所述操作系統經過裁剪，并具有磁盤寫保護功能。
[0031 ] 所述運動控制裝置2是運動控制卡，所述運動控制卡置于所述PCI插槽中，所述運動控制卡包含8K字節大小的緩沖區，當上位機不能及時響應并向所述運動控制卡中寫入運動軌跡數據時，所述運動控制卡可以自動從緩沖區中獲取下一段的運行數據，保證連續運動。
[0032]所述運動控制裝置I包括DSP芯片和FPGA芯片，所述DSP芯片用于進行軌跡規劃、速度前瞻和速度規劃，所述FPGA芯片用于進行插補運算和伺服周期控制。
[0033]所述軌跡規劃是:根據上位機提供的軌跡值，使用正向運動學方程計算出相貫線切割機的各個軸的目標位置；
所述運動控制裝置根據所述速度前瞻計算相貫線切割機的各個軸運動段的末點運行速度。
[0034]機床在運行過程中，根據用戶能接受的公差范圍、機床的慣量以及軌跡段的夾角來計算得到所允許的末點運行速度。[0035]所述相貫線切割機是6軸4聯動相貫線切割機；
所述6軸為X軸6，Y軸7，Z軸8，B軸9，C軸10和U軸11，其中XYZU軸為平移軸，BC軸為旋轉軸，聯動的4軸為XYBC軸，所述Z軸8在運動中自動保持聯動控制。
[0036]所述Z軸8通過雙接近開關檢測高度，當割嘴與鋼管過近時，兩個接近開關同時有信號，所述系統控制Z軸8上升，當割嘴與鋼管過遠時，兩個接近開關同時沒有信號，所述系統控制Z軸8下降，當兩個接近開關只有一個有信號時，所述系統維持當前Z軸8高度。
[0037]所述系統還包括:
輸入輸出裝置，用于輸入輸出相關信息，所述輸入輸出裝置包括:液晶顯示輸出和觸摸屏設備3、鍵盤輸入設備4和輸入輸出接口卡5。
[0038]所述液晶顯示輸出和觸摸屏設備3使用電阻式單點觸摸屏，具有耐油污、耐粉塵、耐濕的特點，更適合工業現場的惡劣環境。
[0039]所述輸入輸出接口卡5包括:隔離模塊、濾波模塊和信號放大模塊,所述輸入輸出接口卡通過總線進行連接，并能夠進行級聯。
[0040]所述輸入輸出接口卡5的所有對外接口通過光耦進行隔離并進行濾波。
[0041 ] 所述輸入輸出接口卡5置于強電柜或控制柜中，與外部強電控制接口分離并通過屏蔽線連接。
[0042]所述控制所述系統包括:加工數據管理、狀態監測、遠程控制、日志管理和智能報警中的至少一種。
[0043]所述加工數據管理包括:加工圖紙、加工代碼、確定對應代碼下料數量和零件數據庫管理中的至少一種。
[0044]所述狀態監測包括:輸入輸出狀態監測、零件加工實時軌跡跟蹤和機床各軸的坐標位置監控中的至少一種。
[0045]所述遠程控制包括:遠程控制機床停止、遠程監測機床狀態中的至少一種。
[0046]所述日志管理包括:記錄用戶按鍵操作、記錄機床狀態歷史中的至少一種。
[0047]所述智能報警為:在出現錯誤時自動提示并確保安全停車，直至用戶手工解除報
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[0048]所述系統還包括不間斷電源(UPS) 16，在斷電時為所述系統供電。當所述系統檢測到斷電信號時自動停止運動，并保存現場運行數據；當所述系統重新上電后一鍵恢復斷電時的現場狀態。
[0049]所述系統還包括輸入信號1、輸入信號2,輸出信號I,輸出信號2,圖中12為輸入信號1、13為輸入信號2,14為輸出信號1,15為輸出信號2。
[0050]在所述系統中，所有人機交互界面使用相同風格的操作界面，在每個界面下方為F1-F8操作按鈕，而在右側同樣為8個操作按鈕。整體界面功能可分為如下幾類:
(O狀態顯示:可顯示當前各軸的坐標位置及運行速度；可顯示加工代碼的平面軌跡及當前所處位置；機床的各個輸入輸出接口信息也在界面右側得到顯示；
(2)參數修改:可修改機床的運行參數，分為普通用戶參數和重要機床參數。普通用戶參數是操作人員在日常使用中經常需要調整的參數如加工速度、切割模式、切割參數等；重要機床參數是機床生產廠家調試機床的參數，例如機床精度、回零控制、回零方向、軟限位設置、加速度設置、最大運行速度設置等等。[0051](3)加工代碼編輯:在所述控制系統提供了對加工代碼的在線編輯處理功能，用戶可以對代碼做任意的修改變動，代碼的編輯可以使用鍵盤操作也可以使用觸摸屏進行操作。
[0052](4)輸入/輸出模塊測試:在所述控制系統提供了測試輸入輸出模塊的界面，使得當故障發生時，可以快速判斷故障原因。
[0053](5)運行控制:在所述控制系統提供了手動運行和自動運行兩種運行模式，分別執行日常運動和加工代碼運行功能。在運行過程中，用戶可以任意調節速度倍率來實現平滑加減速運動。
[0054]本發明旨在保護一種四路蓄電池大電流放電儀，能有效降低蓄電池的放電時間，并具有良好的通風散熱性能，工作性能穩定。
[0055]應當理解的是，本發明的上述【具體實施方式】僅僅用于示例性說明或解釋本發明的原理，而不構成對本發明的限制。因此，在不偏離本發明的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。此外，本發明所附權利要求旨在涵蓋落入所附權利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內的全部變化和修改例。
【權利要求】
1.一種相貫線切割機數字控制系統，其特征在于，包括: 計算機，用于控制所述系統； 運動控制裝置，進行插補運算并對伺服周期進行控制； 所述運動控制裝置連接在所述計算機上。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于， 所述計算機是個人計算機，所述計算機包括至少2個PCI插槽； 所述計算機的操作系統為Windows Embedded Standard 2009,所述操作系統經過裁剪，并具有磁盤寫保護功能。
3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述運動控制裝置是運動控制卡，所述運動控制卡置于所述PCI插槽中，并且所述運動控制卡包含8K字節大小的緩沖區。
4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述運動控制裝置包括DSP芯片和FPGA芯片，所述DSP芯片用于進行軌跡規劃、速度前瞻和速度規劃，所述FPGA芯片用于進行插補運算和伺服周期控制； 所述軌跡規劃是:根據上位機提供的軌跡值，使用正向運動學方程計算出相貫線切割機的各個軸的目標位置； 所述運動控制裝置根據所述速度前瞻計算相貫線切割機的各個軸運動段的末點運行速度。
5.根據權利要求1至4任意一項所述的系統，其特征在于， 所述相貫線切割機是6軸4聯動相貫線切割機； 所述6軸為XYZBCU軸，其中XYZU軸為平移軸，BC軸為旋轉軸； 聯動的4軸為XYBC軸； 所述Z軸在運動中自動保持聯動控制； 所述Z軸通過雙接近開關檢測高度，當割嘴與鋼管過近時，兩個接近開關同時有信號，所述系統控制Z軸上升，當割嘴與鋼管過遠時，兩個接近開關同時沒有信號，所述系統控制Z軸下降，當兩個接近開關只有一個有信號時，所述系統維持當前Z軸高度。
6.根據權利要求5所述的系統，其特征在于，所述系統還包括: 輸入輸出裝置，用于輸入輸出相關信息； 所述輸入輸出裝置包括:液晶顯示輸出設備、觸摸屏設備、鍵盤輸入設備和輸入輸出接口卡； 所述輸入輸出接口卡包括:隔離模塊、濾波模塊和信號放大模塊，所述輸入輸出接口卡通過總線進行連接，并能夠進行級聯。
7.根據權利要求6所述的系統，其特征在于， 所述輸入輸出接口卡的所有對外接口通過光耦進行隔離并進行濾波； 所述輸入輸出接口卡置于強電柜或控制柜中，與外部強電控制接口分離并通過屏蔽線連接。
8.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述控制所述系統包括:加工數據管理、狀態監測、遠程控制、日志管理和智能報警中的至少一種； 所述加工數據管理包括:加工圖紙、加工代碼、確定對應代碼下料數量和零件數據庫管理中的至少一種；所述狀態監測包括:輸入輸出狀態監測、零件加工實時軌跡跟蹤和機床各軸的坐標位置監控中的至少一種； 所述遠程控制包括:遠程控制機床停止、遠程監測機床狀態中的至少一種； 所述日志管理包括:記錄用戶按鍵操作、記錄機床狀態歷史中的至少一種； 所述智能報警為:在出現錯誤時自動提示并確保安全停車，直至用戶手工解除報警。
9.根據權利要求 5所述的系統，其特征在于，所述系統還包括不間斷電源，在斷電時為所述系統供電。
10.根據權利要求9所述的系統，其特征在于，當所述系統檢測到斷電信號時自動停止運動，并保存現場運行數據；當所述系統重新上電后一鍵恢復斷電時的現場狀態。
【文檔編號】G05B19/414GK103823412SQ201410093182
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月13日 優先權日:2014年3月13日
【發明者】張英隆, 徐青菁, 曾超, 唐厚君, 方萬, 孟祥群, 郁苗成 申請人:湖州交達數控科技有限公司