CN104331024B - 自动控制方法及基于pc机的开放式数控系统 - Google Patents
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Abstract
一种自动控制方法，基于包括PC机和数控硬件的开放式数控系统，所述数控硬件通过系统总线与所述PC机连接，包括：所述PC机根据数控加工程序生成调节外部设备位置的控制指令；所述数控硬件将所述控制指令以电信号的方式传输给外部设备，并接收外部设备的反馈信号；其中，所述PC机在生成控制指令的每个步骤中都定义了事件。本发明可以方便用户快捷地将其所需要的功能自行集成到数控系统当中来实现各种特殊功能，能快速响应数控机床的不断发展和变化。
Description
技术领域
本发明涉及自动化控制领域，特别是涉及一种自动控制方法及基于PC机的开放式数控系统。
背景技术
随着数控机床的不断发展，机床的种类越来越多，构造越来越复杂，在控制方面的特殊要求也越来越多。然而，传统的数控系统功能固定，当控制功能需要增加或改变的时候，必须由数控系统制造商对数控系统进行升级，用户无法自行将需要的功能集成到数控系统中来，缺乏灵活性，无法快速响应数控机床的不断发展和变化。
发明内容
基于此，有必要提供一种能快速响应数控机床的不断发展和变化的自动控制方法。
此外，还提供一种基于PC机的开放式数控系统。
一种自动控制方法，基于包括PC机和数控硬件的开放式数控系统，所述数控硬件通过系统总线与所述PC机连接，包括：
所述PC机根据数控加工程序生成调节外部设备位置的控制指令；
所述数控硬件将所述控制指令以电信号的方式传输给外部设备，并接收外部设备的反馈信号；
其中，所述PC机在生成控制指令的每个步骤中都定义了事件。
在其中一个实施例中，所述PC机根据数控加工程序生成调节外部设备位置的控制指令的步骤具体包括：
将所述数控加工程序进行编译得到机器代码；
对加工轨迹进行插补，得到实时的位置控制指令；
根据所述位置控制指令与外部设备反馈的实际位置之间的差值生成调节外部设备位置的控制指令。
在其中一个实施例中，所述数控加工程序执行的步骤具体包括：
在所述数控加工程序执行的每个步骤中定义事件；
编译自定义程序并生成一个动态链接库；
检测是否添加了自定义程序，若是，通过调用所述动态链接库激活所述自定义程序中使用到的事件，并执行数控加工程序和相应的自定义程序；若否，执行数控加工程序。
在其中一个实施例中，编译自定义程序的步骤具体包括：
确定自定义任务要插入的事件；
设定所述自定义任务。
一种基于PC机的开放式数控系统，包括：
PC机，基于windows操作系统，用于根据数控加工程序生成调节外部设备位置的控制指令，且所述PC机在生成控制指令的每个步骤中都定义了事件；
数控硬件，通过系统总线与所述PC机连接，用于将所述控制指令以电信号的方式传输给外部设备，并接收外部设备的反馈信号；
其中，所述数控硬件包括：
总线控制模块，与所述PC机通信，用于以电信号的方式传输所述PC机生成的控制指令；
IO模块，用于将所述总线控制模块传输过来的电信号输出给外部设备，并输入外部设备的反馈信号至所述总线控制模块。
在其中一个实施例中，所述总线控制模块包括第一现场可编程门阵列和输入输出接口，所述第一现场可编程门阵列用于与所述PC机进行通信；所述输入输出接口用于连接一个或多个IO模块。
在其中一个实施例中，所述总线控制模块还包括电平转换单元及监测单元，所述电平转换单元连接在所述第一现场可编程门阵列与所述输入输出接口之间；所述监测单元用于监测所述第一现场可编程门阵列的温度和电压。
在其中一个实施例中，所述IO模块包括第二现场可编程门阵列、输入接口、输入隔离电路、输出隔离电路、输出接口以及接口电路，所述输入接口与输出接口用于实现IO模块的输入、输出功能，所述第二现场可编程门阵列用于对IO模块输入或输出的信号进行处理，所述输入隔离电路连接在所述输入接口与第二现场可编程门阵列之间，所述输出隔离电路连接在所述第二现场可编程门阵列与输出接口之间。
在其中一个实施例中，还包括连接在所述输入接口与所述输出接口之间的接口电路。
上述自动控制方法及基于PC机的开放式数控系统通过在PC机生成控制指令的每个步骤中定义事件，使得用户可以很灵活地各个事件中插入自定义的程序，这样方便用户快捷地将其所需要的功能自行集成到数控系统当中来实现各种特殊功能，能快速响应数控机床的不断发展和变化。
附图说明
图1为一实施例中自动控制方法流程图；
图2为一实施例中数控加工程序执行流程图；
图3为一实施例中数控加工程序执行示意图；
图4为一实施例中编译自定义程序流程示意图；
图5为一实施例中PC机生成控制指令流程图；
图6为一实施例中基于PC机的开放式数控系统框架图；
图7为一实施例中数控硬件框架图；
图8为一实施例的总线控制模块框架图；
图9为一实施例的IO模块框架图；
图10为接口电路的基本原理图。
具体实施方式
请参照图1，为一实施例的自动控制方法流程图。
该自动控制方法基于包括PC机和数控硬件的开放式数控系统，所述数控硬件通过系统总线与所述PC机连接，所述PC机基于windows操作系统。该自动控制方法包括：
步骤S100：所述PC机根据数控加工程序生成调节外部设备位置的控制指令。其中，所述PC机在生成控制指令的每个步骤中都定义了事件。
请结合图2，所述数控加工程序执行的步骤具体包括：
步骤S110：在所述数控加工程序执行的每个步骤中定义事件。
在本实施例中，所述数控加工程序在执行过程被划分为多个步骤，程序执行到每一个步骤都会激活相应的事件，用户可以以动态链接的形式从函数库中调用自定义的程序以加入到相应事件中，这样用户自定义的程序就会连同原有的数控加工程序一起被执行。用户自定义的程序在自定义事件中可以调用数控加工程序中封装的函数，对数控加工程序的变量和参数进行查询和修改，还可以用自定义的算法取代原有数控加工的算法，从而实现用户特殊的控制功能。数控加工程序执行示意图如图3所示。
通过在所述数控加工程序执行的各个关键步骤定义事件，用户的自定义程序可以非常灵活地插入到数控加工程序的各个节点。
步骤S120：编译自定义程序并生成一个动态链接库。
在本实施例中，编译自定义程序具体为：确定自定义任务要插入的事件；设定所述自定义任务。即用户在编译自定义程序时，首先要确定自定义程序将在哪个事件中被调用，然后在程序中设定特殊的自定义任务。编译自定义程序的流程示意图如图4所示。
自定义程序编译完成之后会生成一个动态链接库，只要将动态链接库的路径和名称在windows注册表中进行设置，动态链接库就会在数控加工程序执行的时候被调用，当数控加工程序执行到特定事件的时候会顺带执行自定义程序。
步骤S130：检测是否添加了自定义程序，若是执行步骤S140；若否，执行步骤S150。
步骤S140：通过调用所述动态链接库激活所述自定义程序中使用到的事件，并执行数控加工程序和相应的自定义程序。
具体地，如果将原有的数控加工程序划分为数控程序1、数控程序2……数控程序n，相应地，步骤S110中定义的事件划分为事件1、事件2……事件n。那么，通过调用所述动态链接库激活所述自定义程序中使用到的事件后会先执行数控程序1，然后再判断事件1是否已经被激活，若是，则执行事件1及其相关的自定义程序，然后再执行数控程序2；若否，则直接执行数控程序2。以此类推，即从事件1至事件n都要进行相应的判断，这里不再累赘。
步骤S150：执行数控加工程序。
步骤S150中，执行数控加工程序是指按顺序依次执行数控程序1、数控程序2直到数控程序n。
请结合图5，在本实施例中，步骤S100具体包括：
步骤S210：将所述数控加工程序进行编译得到机器代码。
步骤S220：对加工轨迹进行插补，得到实时的位置控制指令。
步骤S230：根据所述位置控制指令与外部设备反馈的实际位置之间的差值生成调节外部设备位置的控制指令。
在本实施例中，步骤S210～步骤S230分别按一定的时钟周期独立运行。在步骤S210和步骤S220的事件流程中，模块初始化、参数设置、功能和逻辑的实现等各个关键节点处都定义了事件，这样用户可以非常灵活的将自己的特殊功能插入到数控加工程序的任意一个执行步骤当中。
步骤S200：所述数控硬件将所述控制指令以电信号的方式传输给外部设备，并接收外部设备的反馈信号。
请参照图6，为一实施例中基于PC机的开放式数控系统框架图。
该基于PC机的开放式数控系统包括PC机110和数控硬件120。
PC机110基于windows操作系统，用于根据数控加工程序生成调节外部设备位置的控制指令，且PC机110在生成控制指令的每个步骤中都定义了事件。操作系统的主要作用是对系统的软硬件资源进行管理，对任务和进程进行调度，windows操作系统具有功能强大、操作简便且方便用户利用windows平台的资源开发所需要的功能。
PC机110的硬件包括主板、CPU、内存、硬盘等。在本实施例中，该基于PC机的开放式数控系统支持多种不同型号、不同档次的PC机硬件，可以根据用户对性能、成本的不同要求对PC机硬件进行灵活的选配。PC机110的硬件为windows操作系统和数控加工程序提供了运行平台。
数控硬件120通过系统总线与PC机110连接，用于将所述控制指令以电信号的方式传输给外部设备，并接收外部设备的反馈信号。
具体请结合图7～9。
数控硬件120包括总线控制模块122和IO模块124。总线控制模块122与PC机110通信，用于以电信号的方式传输PC机110生成的控制指令。IO模块124用于将总线控制模块122传输过来的电信号输出给外部设备，并输入外部设备的反馈信号至总线控制模块122。
总线控制模块122包括第一现场可编程门阵列FPGA1、监测单元1222、电平转换单元1224及输入输出接口1226。第一现场可编程门阵列FPGA1为总线控制模块122的核心处理器，通过PC机110中的PCI接口与PC机110进行通信。输入输出接口1226用于连接一个或多个IO模块124。监测单元1222用于监测第一现场可编程门阵列FPGA1的温度和电压。电平转换单元1224连接在第一现场可编程门阵列FPGA1与输入输出接口1226之间，用于实现电平的转换。
IO模块124包括第二现场可编程门阵列FPGA2、输入接口1242、输入隔离电路1244、输出隔离电路1246以及输出接口1248。输入接口1242与输出接口1248用于实现IO模块124的输入、输出功能，第二现场可编程门阵列FPGA2作为IO模块124的核心处理器，用于对IO模块124输入或输出的信号进行处理，输入隔离电路1244连接在输入接口1242与第二现场可编程门阵列FPGA2之间，输出隔离电路1246连接在第二现场可编程门阵列FPGA2与输出接口1248之间。在本实施例中，还包括连接在输入接口1242与输出接口1248之间的接口电路126，接口电路126用于对IO模块124进行配置。
在本实施例中，要实现IO模块124的灵活配置，最关键的地方在于接口电路126能够对IO模块124进行识别，包括IO模块124的数量、位置以及类型等。接口电路基本原理图如图10所示。接口电路通过三极管Q1和场效应管Q2的导通和截止来控制IO模块的输出。具体地，当总线控制模块发出一个有效的输入信号至第一个IO模块，第一个IO模块则会将自身的型号代码发回给总线控制模块进行配置，这时接口电路的三极管Q1与场效应管Q2会同时导通，第一个IO模块配置完成之后会输出信号给下一个IO模块，如果某个位置的IO模块空缺，接口电路的三极管Q1与场效应管Q2也会同时导通并输出信号给下一个位置的IO模块，这样依次完成所有IO模块的配置，灵活性非常高。
上述自动控制方法及基于PC机的开放式数控系统通过在PC机中数控加工程序执行的每个步骤中定义事件，使得用户可以很灵活地各个事件中插入自定义的程序，这样方便用户快捷地将其所需要的功能自行集成到数控系统当中来实现各种特殊功能，能快速响应数控机床的不断发展和变化。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种自动控制方法，其特征在于，基于包括PC机和数控硬件的开放式数控系统，所述数控硬件通过系统总线与所述PC机连接，包括：
所述PC机根据数控加工程序生成调节外部设备位置的控制指令；
所述数控硬件将所述控制指令以电信号的方式传输给外部设备，并接收外部设备的反馈信号；
其中，所述PC机在生成控制指令的每个步骤中都定义了事件；
所述数控加工程序执行的步骤具体包括：
在所述数控加工程序执行的每个步骤中定义事件，程序执行到每一个步骤都会激活相应的事件；
编译自定义程序并生成一个动态链接库，将动态链接库的路径和名称在windows注册表中进行设置；
检测是否添加了自定义程序，若是，通过调用所述动态链接库激活所述自定义程序中使用到的事件，并执行数控加工程序和相应的自定义程序；若否，执行数控加工程序。
2.根据权利要求1所述的自动控制方法，其特征在于，所述PC机根据数控加工程序生成调节外部设备位置的控制指令的步骤具体包括：
将所述数控加工程序进行编译得到机器代码；
对加工轨迹进行插补，得到实时的位置控制指令；
根据所述位置控制指令与外部设备反馈的实际位置之间的差值生成调节外部设备位置的控制指令。
3.根据权利要求1所述的自动控制方法，其特征在于，编译自定义程序的步骤具体包括：
确定自定义任务要插入的事件；
设定所述自定义任务。
4.一种基于PC机的开放式数控系统，其特征在于，包括：
PC机，基于windows操作系统，用于根据数控加工程序生成调节外部设备位置的控制指令，且所述PC机在生成控制指令的每个步骤中都定义了事件；
所述数控加工程序执行的步骤具体包括：
在所述数控加工程序执行的每个步骤中定义事件，程序执行到每一个步骤都会激活相应的事件；
编译自定义程序并生成一个动态链接库，将动态链接库的路径和名称在windows注册表中进行设置；
检测是否添加了自定义程序，若是，通过调用所述动态链接库激活所述自定义程序中使用到的事件，并执行数控加工程序和相应的自定义程序；若否，执行数控加工程序；
数控硬件，通过系统总线与所述PC机连接，用于将所述控制指令以电信号的方式传输给外部设备，并接收外部设备的反馈信号；
其中，所述数控硬件包括：
总线控制模块，与所述PC机通信，用于以电信号的方式传输所述PC机生成的控制指令；
IO模块，用于将所述总线控制模块传输过来的电信号输出给外部设备，并输入外部设备的反馈信号至所述总线控制模块；其中，
所述IO模块包括第二现场可编程门阵列、输入接口、输入隔离电路、输出隔离电路、输出接口以及接口电路，所述输入接口与输出接口用于实现IO模块的输入、输出功能，所述第二现场可编程门阵列用于对IO模块输入或输出的信号进行处理，所述输入隔离电路连接在所述输入接口与第二现场可编程门阵列之间，所述输出隔离电路连接在所述第二现场可编程门阵列与输出接口之间。
5.根据权利要求4所述的基于PC机的开放式数控系统，其特征在于，所述总线控制模块包括第一现场可编程门阵列和输入输出接口，所述第一现场可编程门阵列用于与所述PC机进行通信；所述输入输出接口用于连接一个或多个IO模块。
6.根据权利要求5所述的基于PC机的开放式数控系统，其特征在于，所述总线控制模块还包括电平转换单元及监测单元，所述电平转换单元连接在所述第一现场可编程门阵列与所述输入输出接口之间；所述监测单元用于监测所述第一现场可编程门阵列的温度和电压。
7.根据权利要求4所述的基于PC机的开放式数控系统，其特征在于，还包括连接在所述输入接口与所述输出接口之间的接口电路。
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