CN101739884A - 数控加工仿真系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种数控加工仿真系统，其主要技术特点是：该仿真系统由虚拟数控设备、硬面板仿真器及操作元件连接构成，虚拟数控设备通过串行接口与硬面板仿真器相连接，硬面板仿真器通过并行接口与操作元件相连接。本发明采用虚拟数控设备与硬面板仿真器相结合的仿真模式，具有设计合理、仿真的真实感强、适用范围广泛且易于扩展的特点，非常适合于数控系统的大规模操作培训，并有效地提高了培训的效果。
Description
技术领域
本发明属于数控仿真领域，尤其是一种数控加工仿真系统。
背景技术
现有的数控系统一般由数控设备、机床附件(刀具、夹具等)、控制系统和数控操作面板组成。操作者通过数控操作面板驱动数控设备完成实际的加工任务，即操作者对数控设备的操作主要体现在对数控操作面板的操作控制上。由于数控系统中的数控设备价格昂贵、操作复杂、耗材成本高，因此难以大规模对操作者进行培训。为了对操作者进行数控系统的操作培训，市场上出现了一些数控加工仿真系统，但是，现有的数控加工系统均为数控加工仿真软件，其存在问题是：1.数控加工仿真软件没有和数控设备、数控面板或操作元件等相连接，因此其只能在电脑上进行模拟操作，数控设备的实际操作状态无法真实模拟，数控设备运行时的硬件状态难以仿真，功能较单一，真实感不强；2.数控加工仿真软件的培训模式无法扩展到数控加工维修仿真以及多系统教学型数控设备等应用领域，限制了其适用范围，扩展性较差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、仿真的真实感强、适用范围广泛并且易于扩展的数控加工仿真系统。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种数控加工仿真系统，由虚拟数控设备、硬面板仿真器及操作元件连接构成，虚拟数控设备通过串行接口与硬面板仿真器相连接，硬面板仿真器通过并行接口与操作元件相连接。
而且，所述的虚拟数控设备为一台安装有数控仿真程序并具有串行接口的计算机。
而且，所述的硬面板仿真器由机壳及其内部的控制电路连接构成，在机壳上设有系统面板、辅助面板、串行接口和并行接口，所述的控制电路包括一主CPU、两从CPU、四个串行通信模块、系统面板模块、辅助面板模块和操作元件模块，主CPU通过第一串行通信模块与机壳上的串行接口相连接，主CPU通过第二串行通信模块分别连接到与两从CPU相连接的第三串行通信模块、第四串行通信模块上，主CPU还通过操作元件模块与机壳上的并行接口相连接，两从CPU分别通过系统面板模块、辅助面板模块与机壳上的系统面板、辅助面板相连接。
而且，所述的操作元件包括手轮、急停开关、循环启停、上电开关。
而且，所述的主CPU为F8051C020单片机，所述的两从CPU均为PIC18F4520单片机，所述的串行通信模块为MAX232芯片，所述的操作元件模块为CD4502芯片，所述的系统面板模块和辅助面板模块均为CD4501芯片。
本发明的优点和积极效果是：
1.本发明提供了一种虚拟数控设备与硬面板仿真器相结合的数控加工仿真模式，虚拟数控设备与硬面板仿真器之间通过统一的通信协议进行连接，在虚拟数控设备上可以将数控系统内核仿真、显示屏仿真、数控设备及其附件仿真通过显示器显示出来，硬面板仿真器设置有系统面板和辅助面板进行仿真操作，其操作结果在虚拟数控设备上进行显示，从而达到真实操作面板驱动虚拟数控设备的操作效果，这种全新的数控加工仿真模式与纯数控加工仿真软件相比，其仿真培训效果更加接近于在实际数控设备上的操作效果，具有更加真实的实际操作仿真效果。
2.本发明的硬面板仿真器的控制电路采用主从两级CPU通信机制，主CPU可以对操作元件如手轮、急停开关、循环启停、上电开关等实时进行扫描，两从CPU实时地对系统面板和辅助面板上的各种操作进行实时扫描，而且，可以方便地扩展接入系统面板和辅助面板中的操作元件数量和种类，使仿真器面板可以具有与实际数控操作面板一样的“高仿真”形式，提高了操作者实际体验和仿真效果。
3、本发明的硬面板仿真器采用面向对象的接口通信协议技术与系统面板及辅助面板进行通信，统一表达系统面板和辅助面板上的元件标识、元件类型、操作事件、元件属性和属性值等信息，因此，可以适应多种不同类型的数控系统(如FANUC数控系统或Simens数控系统)上，便于仿真系统的扩展，并且可以扩展到数控加工维修仿真以及多系统教学型数控设备等应用领域上。
4.本发明的虚拟数控设备实际上是在PC机上加装数控仿真程序，其设备成本低廉，同时，硬面板仿真器的设备成本非常低，因此，整套数控仿真加工系统与数控设备相比较，其价格非常低廉，非常适合于大规模地进行数控系统的操作培训。
5.本发明采用虚拟数控设备与硬面板仿真器相结合的仿真模式，具有设计合理、仿真的真实感强、适用范围广泛并且易于扩展的特点，非常适合于数控系统的大规模操作培训，有效地提高了培训的效果。
附图说明
图1是本发明的系统连接示意图；
图2是本发明的硬面板仿真器的控制电路方框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
如图1所示，一种数控加工仿真系统，由虚拟数控设备、硬面板仿真器及操作元件连接构成，该虚拟数控设备为一台安装数控仿真程序并具有串行接口的计算机，虚拟数控设备通过串行接口与硬面板仿真器相连接，硬面板仿真器通过并行接口与操作元件相连接，该操作元件包括手轮、急停开关、循环启停、上电开关等数控设备可操作的元件。
硬面板仿真器由机壳及其内部的控制电路连接构成，在机壳的上表面设有系统面板、辅助面板，在机壳的两侧分别设有串行接口和并行接口，其中串行接口通过RS232通信电缆与虚拟数控设备的串行接口相连接实现通信功能；并行接口通过并行电缆线与操作元件相连接实现对操作元件的实时扫描功能。机壳内的控制电路如图2所示，该控制电路包括一主CPU、两从CPU、四个串行通信模块、系统面板模块、辅助面板模块和操作元件模块，主CPU通过第一串行通信模块与机壳上的串行接口相连接，主CPU通过第二串行通信模块分别连接到与两从CPU相连接的第三串行通信模块、第四串行通信模块上，主CPU还通过操作元件模块与机壳上的并行接口相连接，两从CPU分别通过系统面板模块、辅助面板模块与机壳上的系统面板、辅助面板相连接。该控制电路实际包括三部分：(1)主CPU和第一串行通信模块、第二串行通信模块及操作元件模块安装在一块电路板中，主CPU为F8051C020单片机，第一串行通信模块及第二串行通信模块均为MAX232芯片，其中，第一串行通信模块用于与虚拟数控设备之间的通信，第二串行通信模块用于与从CPU之间的通信，操作元件模块主要由模拟开关CD4502芯片构成，主CPU主要完成对操作元件的操作状态进行实时扫描、接收两从CPU的扫描状态并与虚拟数控设备进行通信等功能；(2)第一从CPU与第三串行通信模块及系统面板模块安装在一块电路板中，该从CPU为PIC18F4520单片机，第三串行通信模块为MAX232芯片，系统面板模块主要由模拟开关CD4501芯片构成，从CPU对系统面板的操作状态进行实时扫描，扫描的结果通过第三串行通信模块传送给主CPU；(3)第二从CPU与第四串行通信模块及辅助面板模块安装在一块电路板中，该从CPU为PIC18F4520单片机，第四串行通信模块为MAX232芯片，辅助面板模块主要由模拟开关CD4501芯片构成，从CPU对辅助面板的操作状态进行实时扫描，扫描的结果通过第四串行通信模块传送给主CPU。
安装在虚拟数控设备上的数控仿真程序实现数控系统内核仿真、显示屏仿真、数控设备及其附件仿真。该数控仿真程序主要包括显示屏模拟显示和仿真器操作元件状态映射及解析，即通信协议的解析。其实现方式为：显示屏模拟显示部分通过动态建模的方法来实现，即将显示屏的各种显示元件表达为各种屏幕基础显示元件，如标签、按钮和编辑框等，根据具体的真实数控系统的屏幕显示，建立一个资源描述文件描述屏幕基础显示元件在屏幕的位置和显示内容，通过资源解析器动态生成数控系统的系统屏幕；数控仿真程序接收硬面板仿真器的操作元件状态及系统面板和辅助面板的操作状态后进行状态映射表的映射，将操作状态转换为虚拟数控操作指令，从而控制虚拟机床完成机床的驱动。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (5)
1.一种数控加工仿真系统，其特征在于：由虚拟数控设备、硬面板仿真器及操作元件连接构成，虚拟数控设备通过串行接口与硬面板仿真器相连接，硬面板仿真器通过并行接口与操作元件相连接。
2.根据权利要求1所述的数控加工仿真系统，其特征在于：所述的虚拟数控设备为一台安装有数控仿真程序并具有串行接口的计算机。
3.根据权利要求1所述的数控加工仿真系统，其特征在于：所述的硬面板仿真器由机壳及其内部的控制电路连接构成，在机壳上设有系统面板、辅助面板、串行接口和并行接口，所述的控制电路包括一主CPU、两从CPU、四个串行通信模块、系统面板模块、辅助面板模块和操作元件模块，主CPU通过第一串行通信模块与机壳上的串行接口相连接，主CPU通过第二串行通信模块分别连接到与两从CPU相连接的第三串行通信模块、第四串行通信模块上，主CPU还通过操作元件模块与机壳上的并行接口相连接，两从CPU分别通过系统面板模块、辅助面板模块与机壳上的系统面板、辅助面板相连接。
4.根据权利要求1所述的数控加工仿真系统，其特征在于：所述的操作元件包括手轮、急停开关、循环启停、上电开关。
5.根据权利要求3所述的数控加工仿真系统，其特征在于：所述的主CPU为F8051C020单片机，所述的两从CPU均为PIC18F4520单片机，所述的串行通信模块为MAX232芯片，所述的操作元件模块为CD4502芯片，所述的系统面板模块和辅助面板模块均为CD4501芯片。
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