CN202453710U - 一种多轴联动数控系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型一种多轴联动数控系统，包括主设备和从设备，主设备包括装有数控软件的上位机以及与上位机通过网线连接的总线控制器，从设备包括数字伺服驱动器和PLC设备，主设备通过以太网通信装置与从设备连接。本实用新型主设备通过高速实时以太网总线的通信方式，将运动控制信号发送到各个数字伺服驱动器及PLC设备，同时主设备也通过以太网通信装置接收各个数字伺服驱动器在运动过程中的参数，主设备通过插补算法运算后再发送到各个数字伺服驱动器，可以实时的在运动过程中来调节伺服运动，循环周期短，提高了工业总线的传输速度以及整个系统的实时性。

Description

一种多轴联动数控系统
技术领域
本实用新型涉及一种数控系统，尤其涉及一种多轴联动数控系统。 
背景技术
目前国际上很多先进的数控机床以及各种工业机器人控制系统，都采用了现场总线连接数字伺服驱动器、I/O扩展板、操作面板、数字编码器等设备，构成了现场总线的数控系统。而现有现场总线一般都采用CAN总线、以太网等，由于实时性和通信带宽等方面的限制，大多并不适合应用于数控系统，特别是对实时性要求极高的五轴及以上联动的数控系统。 
现有数控系统在实现三轴或者四轴联动运动控制的方法为：通过运动控制器发送运动控制控制脉冲信号或者电压值信号给伺服驱动装置或者步进驱动器装置。这种方法在实现过程中有以下几个缺点：1、发送的脉冲信号或者电压值信号容易受到各种干扰，而且传输距离近。2、在三轴或者四轴联动系统中，发送给每个轴的脉冲信号或者电压信号实时性很差，精度不高。3、在伺服驱动装置运动的过程中无法接收和调节速度、电流等重要的性能参数。 
综上可知，现有多轴联动数控系统在实际使用上，显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。 
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种多轴联动数控系统，其能提高工业总线的传输速度以及整个系统的实时性。 
为了实现上述目的，本实用新型提供一种多轴联动数控系统，包括主 设备和从设备，所述主设备包括装有数控软件的上位机以及与所述上位机通过网线连接的总线控制器，所述从设备包括数字伺服驱动器和PLC设备，所述主设备通过以太网通信装置与所述从设备连接。 
根据本实用新型的多轴联动数控系统，所述以太网通信装置包括以FPGA、以太网卡以及RJ45接口，所述以太网卡与所述FPGA以及所述RJ45接口分别连接。 
根据本实用新型的多轴联动数控系统，所述上位机连接有显示屏、键盘以及USB设备。 
根据本实用新型的多轴联动数控系统，所述PLC设备包括操作面板、I/O扩展板以及数字编码器。 
根据本实用新型的多轴联动数控系统，所述多轴联动数控系统的拓扑结构为环形、星型、树型或菊花型。 
根据本实用新型的多轴联动数控系统，所述多轴联动数控系统的拓扑结构为环形，所述主设备通过网线依次串接1～24个从设备并连接回主设备构成一个闭合环路。 
根据本实用新型的多轴联动数控系统，所述上位机包括程序输入处理模块、存储模块、编译模块以及图形仿真处理模块。 
根据本实用新型的多轴联动数控系统，所述上位机以及所述总线控制器的中央处理器为X86。 
本实用新型主设备通过高速实时以太网总线的通信方式，将运动控制信号发送到各个数字伺服驱动器及PLC设备，同时主设备也通过以太网通信装置接收各个数字伺服驱动器在运动过程中的参数，主设备通过插补算法运算后再发送到各个数字伺服驱动器，可以实时的在运动过程中来调节伺服运动，循环周期短，提高了工业总线的传输速度以及整个系统的实时性。 
附图说明
图1为本实用新型多轴联动数控系统的系统结构框图； 
图2为本实用新型多轴联动数控系统中太网通信装置的结构示意图； 
图3为本实用新型多轴联动数控系统的环形拓扑结构示意图。 
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，一下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 
如图1所示，本实用新型一种多轴联动数控系统100，包括主设备10和多个从设备20，所述主设备10包括装有数控软件的上位机11以及与上位机11通过网线连接的总线控制器12，从设备20包括数字伺服驱动器21和PLC设备22，主设备10通过以太网通信装置30与多个从设备20连接。上位机11及总线控制器12的中央处理器为X86。 
PLC设备22包括操作面板221、I/O扩展板222以及数字编码器223。还可以根据客户需求，增加其他设备作为从设备。 
上位机11连接有显示屏40、键盘50以及USB设备60。上位机11包括程序输入处理模块、存储模块、编译模块以及图形仿真处理模块。负责控键盘控制，用作程序输入、存储和编译、图形仿真处理；集成PLC编程输入、存储和编译仿真和梯形图显示等功能的处理；负责以太网DNC和U盘DNC功能的处理等。 
总线控制器12主要负责运动控制处理，负责PLC设备22执行的处理，并作为以太网总线POWERLINK主设备与其他从设备20之间进行通信。上位机11和总线控制器12之间通过RJ45接口连接通信。 
本实用新型的主设备10与从设备20之间的数据传输采用总帧方式，通过解析数据报文中各从设备20数据段的地址，地址匹配后各从设备20通过对帧中相应字段进行数据交换，达到无竞争数据传输的目的，以满足系统实时性。本实用新型主设备10通过高速实时以太网总线的通信方式，将运动控制信号发送到各个数字伺服驱动器21及PLC设备22，同时主设备10也通过以太网通信装置30接收各个数字伺服驱动器21在运动过程中 的参数，主设备10通过插补算法运算后再发送到各个数字伺服驱动器21，可以实时的在运动过程中来调节伺服运动，循环周期短，提高了工业总线的传输速度以及整个系统的实时性。 
如图2所示，以太网通信装置30包括FPGA 31、两个以太网卡32以及两个RJ45接口33，以太网卡32与FPGA 31以及RJ45接口33分别连接。本实用新型通过一般的网卡芯片LAN8710A及XILINX的FPGA芯片XC3S700AN构成的高速实时总线的通信装置，其中XC3S700AN主要是按照传输协议完成数据包接收、解析、转发的功能，从而本实用新型的多轴联动数控系统100具有数据帧能及时到达目标端设备，达到了数据传输的实时性要求；数据传输的机制是边接收、边解析、边转发，没有竞争和抢占，实现了实时性，以通用以太网芯片为物理层，相对于传统工业总线提高了传输速度。很好的解决了以现场总线连接的数字伺服驱动器21、I/O扩展板222、操作面板221、数字编码器223等设备组成的数控系统遇到的实时性的问题。 
多轴联动数控系统100的拓扑结构为环形、星型、树型或菊花型。在如图3所示的实施例中，多轴联动数控系统100的拓扑结构为环形，主设备10通过网线依次串接1～24个从设备20并连接回主设备10构成一个闭合环路。各个从设备20的地址，按照链路上的连接顺序由低到高排列。主设备10与从设备20之间的通讯方式包括如下步骤： 
1、主设备10接收触发命令，并封装命令帧，主设备10向从设备20发送命令帧； 
2、从设备20接收到命令帧并存储； 
3、从设备20检验并执行命令帧； 
4、从设备20根据检验结果向主设备10发送回应帧； 
5、主设备10判断通信是否成功，若是，则结束本次通信，若否，则返回发送命令帧步骤。 
多轴联动数控系统100中数据通过帧编码结构传输，能够有效保证数控系统通讯的实时性、高效性、安全性和稳定性，且本发明的数控系统中实现数据传输的通信方法应用方式简便，应用范围较为广泛。 
综上所述，本实用新型主设备通过高速实时以太网总线的通信方式，将运动控制信号发送到各个数字伺服驱动器及PLC设备，同时主设备也通过以太网通信装置接收各个数字伺服驱动器在运动过程中的参数，主设备通过插补算法运算后再发送到各个数字伺服驱动器，可以实时的在运动过程中来调节伺服运动，循环周期短，提高了工业总线的传输速度以及整个系统的实时性。 
当然，本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应当属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。 

Claims (6)

1.一种多轴联动数控系统，其特征在于，包括主设备和从设备，所述主设备包括装有数控软件的上位机以及与所述上位机通过网线连接的总线控制器，所述从设备包括数字伺服驱动器和PLC设备，所述主设备通过以太网通信装置与所述从设备连接。
2.根据权利要求1所述的多轴联动数控系统，其特征在于，所述以太网通信装置包括以FPGA、以太网卡以及RJ45接口，所述以太网卡与所述FPGA以及所述RJ45接口分别连接。
3.根据权利要求1所述的多轴联动数控系统，其特征在于，所述上位机连接有显示屏、键盘以及USB设备。
4.根据权利要求1所述的多轴联动数控系统，其特征在于，所述PLC设备包括操作面板、I/O扩展板以及数字编码器。
5.根据权利要求1所述的多轴联动数控系统，其特征在于，所述多轴联动数控系统的拓扑结构为环形，所述主设备通过网线依次串接1～24个从设备并连接回主设备构成一个闭合环路。
6.根据权利要求1所述的多轴联动数控系统，其特征在于，所述上位机以及所述总线控制器的中央处理器为X86。 
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