数控系统硬件与软件1 - 数控技术.PPT

* 资源分时共享CPU时间分配图 资源分时共享：假定CNC软件功能仅分为三个任务：插补控制、加减速运算和位置显示。任务的优先级为：插补控制的最高，加减速运算的其次，位置显示的最低。系统规定：插补控制每4ms执行一次，加减速运算每8ms执行—次，两个任务都由定时中断激活，当插补控制和加减速运算都不执行时便执行位置显示。 3.2 CNC装置的软件结构 多任务的并行处理 1）在任一个时刻只有—个任务占用CPU； 2）从一个时间片(如8ms或16ms)来看，CPU并行执行了三个任务。 并发处理和流水处理： 3.2 CNC装置的软件结构 当各任务间关联程度不高时,将这些任务分别安排一个CPU，让其同时执行。 当各任务间关联程度较高时，即一个任务的输出是另一任务的输入时，采用资源重叠的流水线的工作方式处理。 * 1译码处理、2刀补处理、3速度处理 * 3.2 CNC装置的软件结构 3.2.2 CNC装置的软件结构 根据CNC装置的硬件结构形式的不同，CNC装置的软件结构也有多种形式。对与多CPU结构的CNC装置，不同模块其软件结构有很大差别。 对于独立HMI部分，由于其承担了大量、繁琐的信息显示、参数管理、文件管理、文本输入等实时性要求不高的工作，通常采用多任务操作系统平台（可以是非实时操作系统），用高级语言编程，应用面向对象的模块化程序结构。具有一定的开放性。 如： NUM1050的HMI，采用Windows XP操作系统，可同时运行HMI程序和其它应用程序（如CAM软件，机床厂家开发的在线测量、网络传输等），具有较好的开放性。 西门子840D，采用Windows PE/NT操作系统，工作中不能运行其它Windows程序，用户可使用VB实现二次开发，设计特殊的控制程序。 * 对于实时性要求较高的NC部分或集中控制的单微处理器CNC装置，通常采用前后台式软件结构。 程序的主循环为前台程序，用于实现各软件模块的控制和调度、以及低实时软件模块的分时按节拍运行。实时性要求高的软件部分（如插补、运动控制等）作为后台中断程序，根据前台控制程序的控制标志，通过定时中断或硬件中断来启动，进而实现高实时性控制。 前台程序循环运行，根据操作指令和加工程序的执行情况，通过设定控制标志来实现对前台程序的调度和控制。 3.2 CNC装置的软件结构 前后台式软件结构 * 前后台型结构程序运行关系图 3.2 CNC装置的软件结构 后台 前台 * 定时中断为前台程序提供系统节拍（每次中断其值+1），主循环前台程序可根据系统节拍变量的值，来控制不同实时性要求的软件模块的调度，使系统达到优化控制。 3.2 CNC装置的软件结构 定时中断 Step=Step+1 返回 OldStep=Step Step=OldStep？ Y N 高速处理程序 软件模块1 Step=2 ？ 软件模块2 N Y Step=N ？ 软件模块N OldStep=1 * 3.2 CNC装置的软件结构 同级多任务的分时处理 对于实时性要求相近的N个软件模块，每个软件模块间隔N个系统（定时）周期执行一次。每个时间节拍（ Step改变一次），执行1个软件模块，使整个系统周期程序的执行时间较短，保证了高实时性程序的可靠运行。 Step=N ？ 模块 0 模块 1 模块 N-1 0 1 N-1 * 中断型结构的CNC系统软件，各功能模块安排成不同优先级别的中断，整个控制软件是一个大的多重中断系统。20世纪80-90年代初的CNC系统软件大多采用这种结构。 中断型结构模式 3.2 CNC装置的软件结构 * * 3.1 CNC装置的硬件结构 3.1.2 CNC 系统硬件结构分类 按总体安装结构分 一体式 一体式 ，分离式 * 3.1 CNC装置的硬件结构 一体式数控系统 FANUC—OTD数控系统 * 3.1 CNC装置的硬件结构 分离式 机床控制面板 NC+PLC * 3.1 CNC装置的硬件结构 按印制电路板结构分类 大板式 ，模块化 大板式结构 * 3.1 CNC装置的硬件结构 模块化结构 * 3.1 CNC装置的硬件结构 西门子840D数控系统 模块化结构数控系统 * 单微处理器结构的CNC装置，由一个微处理器CPU通过数据地址总线与存储器、PLC、位置控制器及各种接口相连，采用集中控制与分时处理的方式，完成数控各项任务。 3.1 CNC装置的硬件结构 单微处理器结构的CNC装置 多微处理器结构的CNC装置