CN104570958B - Cnc协同控制装置与数控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种CNC协同控制装置与数控系统，CNC协同控制装置包括微处理器、整形电路、差分电路和PWM输出电路，整形电路对外部PC机输出的信号进行整形处理生成无抖动且清晰的主信号和主轴电机转速控制信号，差分电路将无抖动且清晰的主信号差分为多路信号，并当收到使能信号时，输出多路信号至外部驱动电机，PWM输出电路根据主轴电机转速控制信号生成模拟电压输出至外部驱动电机，微处理器监测PC机输出MODBUS数据包的最小时间间隔，当PC机输出MODBUS数据包的最小时间间隔超过预设阈值时，停止输出使能信号至所述差分电路，以使所述差分电路停止输出多路信号至外部驱动电机。

Description

CNC协同控制装置与数控系统
技术领域
本发明涉及数控技术领域，特别是涉及CNC协同控制装置与数控系统。
背景技术
CNC(Computer numerical control，计算机数字控制机床)是一种由程序控制的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，通过计算机将其译码，从而使机床执行规定好了的动作，通过刀具切削将毛坯料加工成半成品成品零件。
在实际生产生活中，CNC系统未运行时并口输出状态是不确定的，而且PC机运行不稳定，CNC系统常常会出现死机等现象，并口输出的脉冲不符合要求，导致控制出现差错。
发明内容
基于此，有必要针对现有CNC协同控制装置容易出现控制差错的问题，提供一种不容易出现控制差错的CNC协同控制装置与数控系统。
一种CNC协同控制装置，包括微处理器、整形电路、差分电路和PWM输出电路；
所述整形电路的输入端外接PC机，所述整形电路的第一输出端与所述差分电路的输入端连接，所述整形电路的第二输出端与所述PWM输出电路的输入端连接，所述差分电路的输出端以及所述PWM输出电路的输出端分别与外部驱动电机连接，所述微处理器的输入端外接PC机，所述微处理器的输出端与所述差分电路的使能端连接；
所述整形电路用于接收PC机的输入信号，并将接收到的信号转化为无抖动且清晰的主信号和主轴电机转速控制信号，输出无抖动且清晰的主信号至所述差分电路，输出所述主轴电机转速控制信号至所述PWM输出电路，所述差分电路用于接收所述无抖动且清晰的主信号，将所述无抖动且清晰的主信号差分为多路信号，并当收到使能信号时，输出多路信号至外部驱动电机，所述PWM输出电路用于接收所述主轴电机转速控制信号，并根据所述主轴电机转速控制信号生成模拟电压，输出模拟电压至外部驱动电机，所述微处理器用于监测PC机输出MODBUS数据包的最小时间间隔，当PC机输出MODBUS数据包的最小时间间隔超过预设阈值时，停止输出使能信号至所述差分电路，以使所述差分电路停止输出多路信号至外部驱动电机；
其中，所述PC机为装载有CNC程序的PC机。
本发明CNC协同控制装置，包括微处理器、整形电路、差分电路和PWM输出电路，整形电路对外部PC机输出的信号进行整形处理生成无抖动且清晰的主信号和主轴电机转速控制信号，差分电路将无抖动且清晰的主信号差分为多路信号，并当收到使能信号时，输出多路信号至外部驱动电机，PWM输出电路根据主轴电机转速控制信号生成模拟电压输出至外部驱动电机，微处理器监测PC机输出MODBUS数据包的最小时间间隔，当PC机输出MODBUS数据包的最小时间间隔超过预设阈值时，停止输出使能信号至所述差分电路，以使所述差分电路停止输出多路信号至外部驱动电机。整个过程中，PC机输入的信号经过整形和差分处理提高信号传输的抗干扰性，保证控制装置的正常稳定运行，另外，微处理器实时监测PC机输出MODBUS协议数据包情况，在预设阈值时间内没有输出数据包(表明此时CNC系统奔溃或者PC运行不稳定)则控制差分电路停止输出差分信号，防止CNC系统奔溃或者PC运行不稳定导致控制出现差错，所以本发明CNC协同控制装置是一种不容易出现控制差错的CNC协同控制装置。
另外，本发明还提供一种数控系统，包括装载有CNC程序的PC机、驱动电机和如上述的CNC协同控制装置，所述CNC协同控制装置分别与PC机以及所述驱动电机连接，如上所述，所述CNC协同控制装置不容易出现控制差错，所以本发明数控系统是一种不易出现控制差错的数控系统。
附图说明
图1为本发明CNC协同控制装置第一个实施例的结构示意图；
图2为本发明CNC协同控制装置第二个实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
如图1所示，一种CNC协同控制装置，包括微处理器100、整形电路200、差分电路300和PWM输出电路400；
所述整形电路200的输入端外接PC机，所述整形电路200的第一输出端与所述差分电路300的输入端连接，所述整形电路200的第二输出端与所述PWM输出电路400的输入端连接，所述差分电路300的输出端以及所述PWM输出电路400的输出端分别与外部驱动电机连接，所述微处理器100的输入端外接PC机，所述微处理器100的输出端与所述差分电路300的使能端连接；
所述整形电路200用于接收PC机的输入信号，并将接收到的信号转化为无抖动且清晰的主信号和主轴电机转速控制信号，输出无抖动且清晰的主信号至所述差分电路300，输出所述主轴电机转速控制信号至所述PWM输出电路400，所述差分电路300用于接收所述无抖动且清晰的主信号，将所述无抖动且清晰的主信号差分为多路信号，并当收到使能信号时，输出多路信号至外部驱动电机，所述PWM输出电路400用于接收所述主轴电机转速控制信号，并根据所述主轴电机转速控制信号生成模拟电压，输出模拟电压至外部驱动电机，所述微处理器100用于监测PC机输出MODBUS数据包的最小时间间隔，当PC机输出MODBUS数据包的最小时间间隔超过预设阈值时，停止输出使能信号至所述差分电路300，以使所述差分电路300停止输出多路信号至外部驱动电机；
其中，所述PC机为装载有CNC程序的PC机。
本发明CNC协同控制装置，包括微处理器100、整形电路200、差分电路300和PWM输出电路400，整形电路200对外部PC机输出的信号进行整形处理生成无抖动且清晰的主信号和主轴电机转速控制信号，差分电路300将无抖动且清晰的主信号差分为多路信号，并当收到使能信号时，输出多路信号至外部驱动电机，PWM输出电路400根据主轴电机转速控制信号生成模拟电压输出至外部驱动电机，微处理器100监测PC机输出MODBUS数据包的最小时间间隔，当PC机输出MODBUS数据包的最小时间间隔超过预设阈值时，停止输出使能信号至所述差分电路300，以使所述差分电路300停止输出多路信号至外部驱动电机。整个过程中，PC机输入的信号经过整形和差分处理提高信号传输的抗干扰性，保证系统的正常稳定运行，另外，微处理器100实时监测PC机输出MODBUS协议数据包情况，在预设阈值时间内没有输出数据包(表明此时CNC系统奔溃或者PC运行不稳定)则控制差分电路300停止输出差分信号，防止CNC系统奔溃或者PC运行不稳定导致控制出现差错，所以本发明CNC协同控制装置是一种不容易出现控制差错的CNC协同控制装置。
在其中一个具体实施例中，微处理器100采用ARM cortex-M4芯片STM32F407VG，该微处理器最高工作频率可达168MHz，拥有较丰富的I/O资源(82)，每个IO口都可以作为中断源同时还具有浮点运算的能力，还集成了2路独立的UART通信模块，且最大工作环境温度可到105℃。整形电路200基于斯密特触发器芯片SN74HC14，拥有6路输入与6路输出口，可以对6路缓慢变化的输入信号转换成清晰、无抖动的6路输出信号。差分电路300为选用的芯片AM26LS31C为4输入差分线路驱动器，可以对4路信号进行差分处理，还有片选端可以控制芯片的开关。主轴PWM输出电路400中，并口输出的PWM信号连接到三极管的基极电阻R45上，经过三极管后将TTL电平的PWM信号转换为高电平为5V的PWM信号，经过运算放大器LM358芯片输出0-10V的直流电压，配置好的LM358放大倍数为2倍。
如图2所示，在其中一个实施例中，所述CNC协同控制装置还包括光耦驱动隔离电路500，所述差分电路300和所述PWM输出电路400分别通过所述光耦驱动隔离电路500连接外部驱动电机。
光耦驱动隔离电路500采用高速光耦TLP785，前后级电源与地都进行隔离区分。差分电路300和PWM输出电路400分别通过光耦驱动隔离电路500连接外部驱动电机可以避免多路信号之间以及信号输入与输出之间的相互影响，确保整个CNC协同控制装置的稳定。
如图2所示，在其中一个实施例中，所述CNC协同控制装置还包括IO扩展电路600，所述IO扩展电路600与所述微处理器100连接。
IO扩展电路600采用总线型扩IO芯片PCA9555，该芯片可以挂载在I2C总线上实现扩充IO口的功能，微处理器100通过专用的I2C通信口与该芯片相连。设置IO扩展电路600可以增加整个CNC协同控制装置的IO端口，解决并口输出控制功能有限的问题，满足实际生产生活中对端口数量的需求。
如图2所示，在其中一个实施例中，所述CNC协同控制装置还包括使能电路700，所述微处理器100的输出端通过所述使能电路700与所述差分电路300的使能端连接。
使能电路700采用非门芯片74LS04，并口输出信号使能是控制差分芯片AM26LS31C的第4管脚与第12管脚，当且仅当4号管脚为低电平且12号管脚为高电平时，该芯片输出管脚处于高阻抗状态，即不输出。
在其中一个实施例中，所述CNC协同控制装置还包括电源，所述电源与所述微处理器100连接。
电源为微处理器100供电，确保其正常工作。
在其中一个实施例中，所述CNC协同控制装置还包括数字量输出电路，所述数字量输出电路与所述微处理器100连接。
数字量输出电路采用A315J，双光耦合器门级驱动。
在其中一个实施例中，所述整形电路200包括斯密特触发器。
斯密特触发器又称斯密特与非门，是具有滞后特性的数字传输门。该器件既可以像普通“与非”门那样工作，也可以接成斯密特触发器来使用。斯密特触发器具有如下两个特点：1、电路具有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压；2、与双稳态触发器和单稳态触发器不同，斯密特触发器属于“电平触发型”电路，不依赖于边沿陡峭的脉冲。
在其中一个实施例中，所述微处理器100为ARM cortex-M4芯片。
该微处理器100最高工作频率可达168MHz，拥有较丰富的I/O资源(82)，每个IO口都可以作为中断源同时还具有浮点运算的能力，还集成了2路独立的UART通信模块，且最大工作环境温度可到105℃。
在实际操作中，微处理器100还有部分外围电路，例如包括上述的电源等，在其中一个具体实施例中，微处理器100周边电路包括电源电路，采用开关电源LM2596为系统提供5V直流稳定电压，采用低压差稳压器AMS117给芯片提供3.3V电源。LM4140为ADC提供2V电压基准。微处理器100通过串口连接到SP232芯片，将信号变成RS232信号后进行传输，同样提供可以选择的让串口信号通过MAX485芯片将信号变成RS485电平进行信息传输，另外还集成了RTC实时时钟与外部FLASH存储器，微处理器100通过I2C总线连接外部时钟芯片PCF8563，通过SPI总线连接外部FLASH芯片W25Q64，外部时钟与外部FLASH将为系统保存工作日志和系统基本配置与状态信息。外部看门狗电路采用SP705用于监测微处理器100程序的正常运行，在微处理器100死机的情况下提供稳定的复位信号。此外在所述CNC协同控制装置上还可以集成输入输出口状态显示led灯，可以通过观察led灯的亮灭情况来判断输入输出状态，在RS232电路中也做了LED指示数据输入输出状态。
在其中一个实施例中，所述CNC协同控制装置还包括增量式编码器数据采集装置，微处理器100通过所述增量式编码器数据采集装置与外设增量式编码器连接。
增量式编码器数据采集装置采用普通的数字量采集电路，由于STM32F407VG每个IO都可以做中断，增量式编码器的AB两路脉冲输出口接入到微处理器100两个IO口。增量式编码器A线做中断源，当检测到A线由低电平跳转到高电平时触发中断，在中断函数中做判断，判断B线此时的状态，如果B线为1，则对一内部寄存器值MPGCOUNT加一，如果B线为0，则对其进行减一操作。
一种数控系统，包括装载有CNC程序的PC机、驱动电机和如上述的CNC协同控制装置，所述CNC协同控制装置分别与PC机以及所述驱动电机连接。
在其中一个实施例中，所述数控系统还包括外部电源，所述外部电源与所述驱动电机连接。
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 (10)

1.一种CNC协同控制装置，其特征在于，包括微处理器、整形电路、差分电路和PWM输出电路；
所述整形电路的输入端外接PC机，所述整形电路的第一输出端与所述差分电路的输入端连接，所述整形电路的第二输出端与所述PWM输出电路的输入端连接，所述差分电路的输出端以及所述PWM输出电路的输出端分别与外部驱动电机连接，所述微处理器的输入端外接PC机，所述微处理器的输出端与所述差分电路的使能端连接；
所述整形电路用于接收PC机的输入信号，并将接收到的信号转化为无抖动且清晰的主信号和主轴电机转速控制信号，输出无抖动且清晰的主信号至所述差分电路，输出所述主轴电机转速控制信号至所述PWM输出电路，所述差分电路用于接收所述无抖动且清晰的主信号，将所述无抖动且清晰的主信号差分为多路信号，并当收到使能信号时，输出多路信号至外部驱动电机，所述PWM输出电路用于接收所述主轴电机转速控制信号，并根据所述主轴电机转速控制信号生成模拟电压，输出模拟电压至外部驱动电机，所述微处理器用于监测PC机输出MODBUS数据包的最小时间间隔，当PC机输出MODBUS数据包的最小时间间隔超过预设阈值时，停止输出使能信号至所述差分电路，以使所述差分电路停止输出多路信号至外部驱动电机；
其中，所述PC机为装载有CNC程序的PC机。
2.根据权利要求1所述的CNC协同控制装置，其特征在于，还包括光耦驱动隔离电路，所述差分电路和所述PWM输出电路分别通过所述光耦驱动隔离电路连接外部驱动电机。
3.根据权利要求1或2所述的CNC协同控制装置，其特征在于，还包括IO扩展电路，所述IO扩展电路与所述微处理器连接。
4.根据权利要求1或2所述的CNC协同控制装置，其特征在于，还包括使能电路，所述微处理器的输出端通过所述使能电路与所述差分电路的使能端连接。
5.根据权利要求1或2所述的CNC协同控制装置，其特征在于，还包括电源，所述电源与所述微处理器连接。
6.根据权利要求1或2所述的CNC协同控制装置，其特征在于，还包括数字量输出电路，所述数字量输出电路与所述微处理器连接。
7.根据权利要求1或2所述的CNC协同控制装置，其特征在于，所述整形电路包括斯密特触发器。
8.根据权利要求1或2所述的CNC协同控制装置，其特征在于，所述微处理器为ARMcortex-M4芯片。
9.一种数控系统，其特征在于，包括装载有CNC程序的PC机、驱动电机和如权利要求1-8任意一项所述的CNC协同控制装置，所述CNC协同控制装置分别与PC机以及所述驱动电机连接。
10.根据权利要求9所述的数控系统，其特征在于，还包括外部电源，所述外部电源与所述驱动电机连接。
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