CN102955440A - 具有多核处理器的数值控制装置系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有多核处理器的数值控制装置系统。通过通信将电动机驱动用放大器和数值控制装置连接起来，来构成数值控制系统。该数值控制装置具备数值控制部、电动机控制部、放大器接口部。并且，将该电动机控制部具有的电动机控制用处理器设为多核处理器。

Description

具有多核处理器的数值控制装置系统
技术领域
本发明涉及具有数值控制装置的数值控制装置系统，通过通信连接在设备中具备的用于驱动电动机的电动机驱动用放大器，控制电动机的电动机控制部被安装在该数值控制装置内。
背景技术
在数值控制装置的装置内，例如如日本特开平9-69004号公报中公开那样，用总线将数值控制部、电动机控制部、PMC（可编程序计算机控制器）部等的功能连接起来。图6是表示使用了现有技术的数值控制装置的概要结构的图。在电动机控制部中使用的电动机控制用处理器一般多使用低价格的DSP（数字信号处理器）。
通过通信进行电动机驱动用放大器的连接，在将电动机控制用处理器集成安装在数值控制装置内的结构中，根据每一个电动机控制用处理器的控制轴数的上限，随着数值控制装置内的控制轴数增加而所安装的电动机控制用处理器的个数也需要增加。这是因为数值控制装置根据其控制的机床轴数有很大变化。
当在电动机控制部中将低价的DSP用作电动机控制用处理器时，在容易与控制轴数对应地调整处理器的个数这点上较合适，但是低价的DSP一般通过通用的串行总线与外部资源连接，因此无法与本地总线直接连接，所以需要总线桥。因此，连接针数变多，随着低价格的DSP的增加，总线桥的LSI的数量也必须增加，能够安装的DSP的个数有限制。此外，因为用DSP的个数来调整控制轴数的增加，所以存在必须选择小型低消耗电力的DSP的问题。
如上所述，将低价格的DSP作为电动机控制用处理器使用，增加使用该电动机控制用处理器即低价格的DSP的数量，来提高数值控制装置的可扩展性的方法难以应对最近的机床中的多轴化或高性能化。能够安装的处理器的个数有限制，并且在近来的半导体技术中提高动作频率变得非常难，也难以使每一个处理器的控制轴数增加。
发明内容
因此，本发明的目的在于：提供一种利用多核处理器的技术，在抑制成本的同时控制能够进行多轴化和高性能化的设备的数值控制装置系统。
本发明的数值控制装置系统由用于驱动设备所具备的电动机的电动机驱动用放大器和通过通信与该电动机驱动用放大器连接的数值控制装置构成。另外，该数值控制装置具备：输出移动指令的数值控制用处理器；根据来自所述数值控制用处理器的移动指令输出用于驱动所述电动机的指令的电动机控制用处理器；根据来自所述电动机控制用处理器的指令驱动所述电动机的所述电动机驱动用放大器的通信接口；连接所述数值控制用处理器和所述电动机控制用处理器的放大器接口部，所述电动机控制用处理器是多核处理器。
能够将所述数值控制用处理器分配给所述多核处理器的核心处理器。
所述数值控制装置还具有：对发向所述设备的DI/DO信号进行控制，并与所述数值控制用处理器进行数据的交换的可编程序设备控制器用处理器，对所述多核处理器的核心处理器分配该可编程序设备控制器用处理器。
能够对作为所述电动机控制用处理器的多核处理器的各核心处理器分配所控制的轴。
所述电动机控制用处理器具有根据所述数值控制装置系统的控制轴数和一个核心处理器能够处理的轴数决定的最小数量的核心处理器。
并且，所述多核处理器与所述放大器接口部的连接也可以是串行通信。
所述串行通信可以是PCIExpress、HyperTransport、RapidIO中的任意一个。
根据本发明，能够提供一种利用多核处理器的技术，在抑制成本的同时控制能够进行多轴化和高功能化的设备的数值控制装置系统。
附图说明
图1是用于说明本发明的构成使用了多核处理器的数值控制系统的数值控制装置的一个方式的图。
图2是用于说明在图1的数值控制装置中的电动机控制用处理器中，用不同的核心处理器来进行与X轴以及Y轴有关的处理A和与X轴以及Y轴有关的处理B的图。
图3是用于说明在图1的数值控制装置中的电动机控制用处理器中，分配每个核心处理器要负责的控制轴的基于本发明的数值控制系统的一个实施方式的图。
图4是用于说明包含控制轴数少的低价格的数值控制装置的本发明的数值控制装置系统的其它实施方式的图。
图5用框图表示本发明的数值控制装置系统的概要结构图。
图6是现有技术的数值控制装置的概要结构图。
具体实施方式
使用图1说明本发明的构成使用了多核处理器的数值控制装置系统的数值控制装置。
数值控制装置1控制在机床或工业用机械等设备中具备的电动机（未图示）。数值控制装置1具备数值控制部10、PMC部20、放大器接口部30、电动机控制部40以及存储器等部件50。数值控制部10、PMC部（可编程序计算机控制器部）20、放大器接口部30以及存储器等部50相互间通过本地总线60连接。此外，在此，存储器等部件50如图1所示是ROM、232C接口、DI/DO电路以及其它的可选电路的总称。
数值控制部10具备数值控制用处理器11、DRAM12以及总线桥13，它们相互间通过内部总线14连接。数值控制用处理器11是执行如下功能的处理器：解释从加工程序等指示的动作指令并计算与各轴的伺服电动机对应的移动指令的功能；解释动作指令并进行与设备间的ON/OFF信号的收发的功能；以及通过键盘以及液晶显示装置等显示部进行与设备的操作员的交流的功能等。DRAM12是用作工作存储器的DRAM12。此外，数值控制部10经由总线桥13，将PMC部20、放大器接口部30以及存储器等部件50经由本地总线60相互连接起来。数值控制用处理器11、DRAM12、总线桥13分别被构成为LSI。
PMC部20具有控制发向设备的DI/DO信号的时序控制功能和进行与数值控制部10的数据的交换的功能。PMC部20具备PMC用处理器21、DRAM22、总线桥23，它们通过内部总线24相互连接。PMC部20经由总线桥23与本地总线60连接。
放大器接口部30具备通信控制兼总线桥33，经由该通信控制兼总线桥33与本地总线60连接。此外，通信控制兼总线桥33具备与多核DSP的接口70。放大器接口部30经由通信控制兼总线桥33的接口70与电动机驱动用放大器100连接。
电动机控制部40具有作为电动机控制用处理器的多核DSP41、DRAM42以及FROM43。多核DSP41具有多个（在图1的例中为四个）CPU核心和内部RAM。多核DSP41经由接口70与放大器接口部30的通信控制兼总线桥33连接。DSP41是以下的处理器，即根据从数值控制部10指示的各轴的移动指令、从内置于各轴的伺服电动机中的位置/速度检测器反馈的位置、速度、电流的各反馈信号，进行各轴的伺服电动机的位置的反馈控制、速度的反馈控制以及电流控制，生成向电动机驱动用放大器100的指令。电动机控制部40通过电动机驱动用放大器100与放大器接口部30的放大器通信、放大器接口部30与电动机驱动用处理器的接口，取得所述反馈信号。
如上所述，使用一个多核DSP41构成数值控制装置1。在现有技术中使用多个DSP构成电动机控制部，但是在本发明的数值控制装置的一个实施方式中，通过一个多核DSP构成，由此使DSP的芯片数量变少。由此，即使多核DSP的数据组尺寸有些变大、消耗电流量某种程度地变大，也不会成为问题，因此能够安装高性能的多核DSP。
此外，接口70如果应用高速串行通信，则与并行总线相比信号针数变少，因此能够降低成本，此外，能够减小安装面积。在现有技术中使用的并行总线的信号针数多，随着使用的DSP数量增加，需要增加总线桥。与此相对，在本发明的数值控制装置的一个实施方式中通过使用高速串行通信能够解决现有技术的问题。
此外，高速串行通信可以使用PCIExpress、HyperTransport、RapidIO这样的规格，但是并不限于这些规格。
使用图2说明在图1的数值控制装置的电动机控制部40中，用不同的核心处理器进行与X轴以及Y轴有关的处理A和与X轴以及Y轴有关的处理B。
由于并行进行一个轴控制的处理较难，所以如果跨越多个核心处理器来进行某控制轴的处理（例如X轴以及Y轴的处理），则（例如如图2所示，在用不同的核心处理器进行与X轴以及Y轴有关的处理A和与X轴以及Y轴有关的处理B的情况下）由于在各核心处理器间发生数据的交换或等待较多，因此导致处理效率降低。
电动机控制部40具备多核DSP41，该多核DSP41具有两个CPU核心，即CPU#1和CPU#2。在CPU#1中执行X轴以及Y轴的处理A，在CPU#2中执行X轴以及Y轴的处理B。即，跨越两个CPU核心进行针对X轴以及Y轴的控制轴的处理。因此，在各核心处理器之间较多发生数据的交换或等待。
使用图3说明在图1的数值控制装置中的电动机控制部40中，给每个核心处理器分配要负责的控制轴的本发明的数值控制系统的一个实施方式。该图3所示的电动机控制部40解决了图2所示的电动机控制部40具有的上述问题点。
电动机控制部40如图3所示具备多核DSP41，该多核DSP41具有四个CPU核心处理器，即CPU#1、CPU#2、CPU#3、CPU#4。并且对CPU#1分配X1轴以及Y1轴的处理，对CPU#2分配X2轴以及Y2轴的处理，对CPU#3分配X3轴以及Y3轴的处理，对CPU#4分配X4轴以及Y4轴的处理，并且对这些CPU#1~CPU#4分别分配所负责的控制轴。各控制轴的处理能够基本上独立地进行，因此，如果这样以控制轴为单位来分配处理，则能够使各核心处理器间的数据的交换或等待为最小限，能够防止每一个核心处理器的处理效率降低。
图4是用于说明包含控制轴数少的低价格的数值控制装置的本发明的数值控制装置系统的其它实施方式的图。
在设备中具备的电动机的数量少，即在控制轴数少的情况下，使用控制轴数少的低价格的数值控制装置。因为电动机控制所需的CPU的数量少，所以可以将数值控制部、PMC部以及电动机控制部统一在多核CPU中。
数值控制装置2具备放大器接口部30、数值控制部/电动机控制部/PMC部90和存储器等部件50，它们经由本地总线60相互连接。
数值控制部/电动机控制部/PMC部90具备多核CPU91、DRAM92和FROM93。多核CPU91具有多个（在图4的例子中为3个）CPU和内部RAM。构成该数值控制部/电动机控制部/PMC部90的多核CPU91的多个CPU被分配了所述的数值控制部10的功能、PMC部90的功能以及电动机控制部40的功能。多核CPU91经由接口70与放大器接口部30的通信控制兼总线桥33连接。
此外，图4表示对多核CPU91的各核心处理器分配了数值控制部、电动机控制部以及PMC部的三个功能的数值控制装置2，但是也可以采用对多核CPU91的各核心处理器分配数值控制部和电动机控制部的功能的方式。
使用图5的框图说明本发明的数值控制系统的一个实施方式的结构的概要。
作为处理器的CPU111按照在ROM112中存储的系统程序控制数值控制装置1的整体。在RAM113中存储各种数据或输入输出信号。在非易失性存储器114中存储的各种数据在断电后也按原样被保存。图形控制电路115将数字信号变换为显示用的信号后赋予显示装置116。键盘117是具有数值键、字符键等的输入各种设定数据的单元。
电动机控制部118从CPU111接受各轴的移动指令，将轴的指令输出到伺服放大器119。该伺服放大器119接受该移动指令并驱动机床120的伺服电动机（未图示）。这些结构要素经由总线121相互结合。PMC122在执行加工程序时，经由总线121接受T功能信号（刀具选择指令）等。然后通过时序/程序对该信号进行处理，并将信号作为动作指令输出，来控制机床120。此外，从机床120接受状态信号，并将需要的输入信号转发给CPU111。另外，在总线121上连接有通过系统程序等功能发生变化的软件键123和向存储装置等外部设备发送NC数据的接口124。该软件键123与显示装置116和键盘117一起被设置在显示装置/MDI面板125中。此外，电动机控制部118和伺服放大器119如图1所示那样通过接口70连接。

Claims (7)

1.一种数值控制装置系统，其由对设备所具备的电动机进行驱动的电动机驱动用放大器和通过通信与该电动机驱动用放大器连接的数值控制装置构成，该数值控制装置系统的特征在于，
所述数值控制装置具备：
输出移动指令的数值控制用处理器；
根据来自所述数值控制用处理器的移动指令输出用于驱动所述电动机的指令的电动机控制用处理器；
根据来自所述电动机控制用处理器的指令驱动所述电动机的所述电动机驱动用放大器的通信接口；以及
连接所述数值控制用处理器和所述电动机控制用处理器的放大器接口部，
所述电动机控制用处理器是多核处理器。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置系统，其特征在于，
对所述多核处理器的核心处理器分配所述数值控制用处理器。
3.根据权利要求1或2所述的数值控制装置系统，其特征在于，
所述数值控制装置还具有：对发向所述设备的DI/DO信号进行控制，并与所述数值控制部进行数据的交换的可编程序设备控制器用处理器，
对所述多核处理器的核心处理器分配该可编程序设备控制器用处理器。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的数值控制装置系统，其特征在于，
对作为所述电动机控制用处理器的多核处理器的各核心处理器分配要控制的轴。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的数值控制装置系统，其特征在于，
所述电动机控制用处理器具有由所述数值控制装置系统的控制轴数和一个核心处理器能够处理的轴数决定的最小数量的核心处理器。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的数值控制装置系统，其特征在于，
所述多核处理器和所述放大器接口部的连接是串行通信。
7.根据权利要求1所述的数值控制装置系统，其特征在于，
所述串行通信是PCIExpress、HyperTransport、RapidIO中的任意一个。
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