CN203084509U - 数控系统、模拟式数控系统、脉冲式数控系统、总线式数控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数控系统、模拟式数控系统、脉冲式数控系统以及总线式数控系统，该数控系统包括：主处理器、协处理器、开关量接口、模拟式接口、脉冲式接口、总线接口；所述主处理器与所述协处理器通过标准以太网进行通信，与所述开关量接口、所述模拟式接口、所述脉冲式接口、所述总线接口通过PCI总线通信；所述数控系统通过所述模拟式接口、所述脉冲式接口、所述总线接口向伺服驱动系统输出信号，并控制所述伺服驱动系统。本实用新型的数控系统支持模拟量/脉冲/总线多种通信接口，可根据控制精度和控制轴数要求选择相应控制方式，系统适用范围广。

Description

数控系统、模拟式数控系统、脉冲式数控系统、总线式数控系统

技术领域

本实用新型涉及数控系统，特别是涉及一种兼容多种伺服通信接口的数控系统、模拟式数控系统、脉冲式数控系统以及总线式数控系统。 

背景技术

伺服驱动系统经历了步进电机伺服驱动系统、直流伺服驱动系统两个阶段之后，已进入交流伺服驱动系统，控制方式也由模拟式逐渐发展为数字式。伺服驱动系统的发展，带动了数控系统与伺服驱动系统接口技术的发展。目前，数控系统与伺服驱动系统的接口主要有模拟式接口、脉冲式接口和现场总线接口。 

模拟式接口是传统的直流伺服驱动系统及较早的交流伺服驱动系统采用的接口形式，数控系统通过输出电压或电流信号控制伺服驱动系统的转速，这种接口虽然结构简单，但抗干扰能力较差。 

脉冲式接口是随着数字式伺服技术的发展而出现的，数控系统通过发送脉冲串来控制伺服驱动系统，如发出脉冲的数量表示位置，频率代表速度。这种接口与步迸电机伺服驱动接口兼容，接口简单，使用方便。 

现场总线摆脱了模拟式或脉冲式接口的并行数据传输方式，采用同步化串行总线技术进行分布式伺服控制。根据总线传输所依赖的物理介质的不同，大致经历了基于RS485和线驱动的现场总线、基于光纤的现场总线和基于工业以太网的现场总线三个阶段。目前应用最广泛的是基于工业以太网的现场总线，与模拟式或脉冲式接口相比，现场总线具有以下优点： 

1）省去了数控系统与伺服装置之间的大量接线，抗干扰性高，节省成本。 

2）传输距离远，可实现远端控制，容纳节点较多，适用于多轴运动控制场合。 

3）由于总线的通讯周期短，同步精度高，可以完成更高速度高精度的运动控制。 

各个运动控制厂商和伺服厂商为了市场垄断或占领行业标准，纷纷推出了自己的现场总线协议和标准，光是基于以太网的现场总线就有十几种，如贝加莱的Powerlink总线、倍福公司的EtherCAT总线、博世力士乐的SERCOS III总线、西门子的Profinet总线、丹纳赫的SynqNet总线以及安川的MECHATROLINK-III总线等。现场总线国际标准IEC61158历经四版发展到今天，不仅未能统一现场总线间的开放性和互操作性，而且越来越多的公司纷纷推出其各自的现场总线技术，使得该标准目前收录的现场总线技术总数已高达20种之多。此外，还有众多未列入标准目录的公开或非公开的现场总线技术。 

基于以太网的现场总线大都采用主从站连接方式，主站连接运动控制器，采用普通网卡或是专用ASIC，从站连接伺服驱动系统，采用ASIC，主站和从站之间通过网线组成环型或是链状拓扑结构。主站通过专用芯片或者是修改普通网卡的驱动程序实现和从站的实时同步通信。为了提高开放性，扩大应用范围，许多总线应用层是对用户开放的，如EtherCAT总线、SERCOSIII总线等。 

目前国外的数控系统基本上都有自己的现场总线和伺服驱动系统，如德国的西门子和日本的发那科，总线协议不开放。国内数控系统基本上还是采用模拟式或脉冲式接口，主要是因为伺服控制技术研究落后，国产伺服主要集中在低端产品领域，尚没有能力研发基于总线的中高端伺服驱动系统；总线技术不够成熟，虽然一些国产数控系统也推出了自己的总线，但都只能连接自己的伺服驱动系统，不能兼容其它类型总线的伺服驱动系统，所以难以推广应用。这样在涉及到多轴运动控制和一些特殊运动控制场合，如需要力矩电机或直驱电机等国内伺服达不到要求必须选用国外产品的情况下，传统的数控系统就难以满足。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种兼容多种伺服通信接口的数控系统、模拟式数控系统、脉冲式数控系统以及总线式数控系统，用于使得数控系统兼容模拟量、脉冲式和总线等多种通信接口。 

为了实现上述目的，本实用新型提供一种兼容多种伺服通信接口的数控系统，其特征在于，包括：主处理器、协处理器、开关量接口、模拟式接口、脉 冲式接口、总线接口； 

所述主处理器与所述协处理器通过标准以太网进行通信，与所述开关量接口、所述模拟式接口、所述脉冲式接口、所述总线接口通过PCI总线通信； 

所述数控系统通过所述模拟式接口、所述脉冲式接口、所述总线接口向伺服驱动系统输出信号，并控制所述伺服驱动系统。 

所述的兼容多种伺服通信接口的数控系统，其中，所述开关量接口将所述主处理器发送的输出数据转换成开关量输出信号，并将外部开关量输入信号转换成数据值； 

所述开关量接口为基于PCI总线的开关量输入输出卡，支持多路开关量输入和输出。 

所述的兼容多种伺服通信接口的数控系统，其中，所述模拟式接口将所述主处理器发送的速度数据转换成电压信号控制所述伺服驱动系统，并将所述伺服驱动系统的编码器反馈输入信号转换成数据值； 

所述模拟式接口为基于PCI总线的模拟式运动控制卡，支持多路模拟量输出和编码器反馈输入。 

所述的兼容多种伺服通信接口的数控系统，其中，所述脉冲式接口将所述主处理器发送的位置数据转换成脉冲串控制所述伺服驱动系统，并将所述伺服驱动系统的编码器反馈输入信号转换为数据值； 

所述脉冲式接口为基于PCI总线的脉冲式运动控制卡，支持多路脉冲输出和编码器反馈输入。 

所述的兼容多种伺服通信接口的数控系统，其中，所述总线接口接收所述主处理器发送的数据并将该数据发送到所述伺服驱动系统，获取所述伺服驱动系统的反馈数据供所述主处理器读取； 

所述总线接口为EtherCAT总线主站卡或SERCOSIII总线主站卡。 

所述的兼容多种伺服通信接口的数控系统，其中，所述主处理器为基于X86系列处理器的工业微机，支持多个PCI插槽，并运行Windows操作系统和RTX实时子系统，支持多种开放式实时以太网协议的运行。 

所述的兼容多种伺服通信接口的数控系统，其中，所述协处理器为基于ARM内核的核心板，该核心板集成包含键盘、显示器、USB接口、网络接口的外围电路，并运行linux操作系统。 

本实用新型还提出了一种模拟式数控系统，其特征在于，包括：所述的数控系统、输入输出模块、伺服驱动系统； 

所述开关量接口与所述输入输出模块连接，所述模拟式接口与所述伺服驱动系统连接。 

本实用新型还提出了一种脉冲式数控系统，其特征在于，包括：所述的数控系统、输入输出模块、伺服驱动系统； 

所述开关量接口与输入输出模块连接，所述脉冲式接口与所述伺服驱动系统连接。 

本实用新型还提出了一种总线式数控系统，其特征在于，包括：所述的数控系统、输入输出模块、具有总线接口的伺服驱动系统； 

所述开关量接口与所述输入输出模块连接，所述总线接口与所述具有总线接口的伺服驱动系统连接。 

与现有技术相比，本实用新型的技术效果是： 

本实用新型的数控系统支持模拟量/脉冲/总线多种通信接口，可根据控制精度和控制轴数要求选择相应控制方式，系统适用范围广。 

本实用新型的数控系统总线通信软件运行在Windows平台上，Windows平台良好的开放性支持多种基于实时以太网的现场总线主站协议，系统只需更换总线接口卡和安装相应驱动软件，即可实现不同类型总线的扩展，支持多个厂家的伺服驱动系统。 

附图说明

图1是本实用新型兼容多种伺服通信接口的数控系统硬件结构示意图； 

图2是本实用新型兼容多种伺服通信接口的数控系统软件结构示意图； 

图3是本实用新型系统通过模拟式接口控制伺服驱动系统的结构示意图； 

图4是本实用新型系统通过脉冲式接口控制伺服驱动系统的结构示意图； 

图5是本实用新型系统通过总线接口控制伺服驱动系统的结构示意图。 

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，以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，此处所描述的具体 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，是本实用新型兼容多种伺服通信接口的数控系统硬件结构示意图。 

数控系统11主要由主处理器12、协处理器13、开关量接口14、模拟式接口15、脉冲式接口16、总线接口17以及与协处理器13相连的键盘、显示器、USB接口、网络接口等外围设备组成。 

主处理器12与协处理器13共同完成数控系统11的软件任务，如图2所示。主处理器12主要完成数控系统的实时性任务和非实时性任务。实时性任务包括：逻辑控制任务、译码任务、刀具补偿任务、插补任务、与各种接口的实时通信任务。非实时性任务包括与协处理器的通信任务，如加工文件的和参数的下载以及故障信息和加工状态信息的上传。主处理器12还需要支持实时以太网总线主站协议运行。 

主处理器12与各种接口的实时通信任务包括：主处理器12将插补任务计算出的速度数据发送给模拟式接口15，并从模拟式接口15读取编码器的反馈数据；主处理器将插补任务计算出的位置数据发送给脉冲式接口16，并从脉冲式接口16读取编码器的反馈数据；主处理器12将逻辑控制任务的开关量输出数据发送到开关量接口14，并从开关量接口14读取输入数据。 

协处理器13主要完成数控系统的界面显示和人机交互任务，人机交互任务包括加工程序和参数的输入、修改和保存；加工状态的显示，加工程序的模拟；加工程序和参数的下载。 

协处理器13与键盘、鼠标、显示器、USB接口、网络接口等外围设备一起实现数控系统的加工信息输入和加工状态监控。 

主处理器12和协处理器13通过标准以太网进行通信。 

本实用新型中，主处理器12分别与开关量接口14、模拟式接口15、脉冲式接口16和总线接口17通过PCI总线通信。 

在一实施例中，主处理器12采用基于X86系列处理器的工业微机，并支持多个PCI插槽，软件平台采用Windows操作系统和RTX实时子系统。主处理器12运行windows操作系统和RTX实时子系统，支持多种开放式实时以太网协议的运行。主处理器12上的实时任务运行在RTX下，非实时任务运行在Windows上，实时和非实时任务通过共享内存通信。 

一实施例中，协处理器13采用嵌入式微处理器，如基于ARM内核的核心板，板上集成了键盘、显示器、USB接口、网络接口等外围电路，协处理器13上运行linux操作系统，完成数控系统11的人机界面、文件管理、参数管理及与主处理器12的通信等功能的开发。 

开关量接口14将主处理器12发来的输出数据通过电平转换和光耦隔离转换成开关量输出信号，并将外部开关量输入信号转换成数据值。开关量接口14通过基于PCI总线的板卡来实现，支持多路开关量输入和输出。 

在一实施例中，开关量接口14选取常见的基于PCI总线的开关量输入输出卡，也可采用自行开发的板卡，支持多路开关量输入和输出。 

模拟式接口15将主处理器12发来的速度数据转换成电压信号控制伺服驱动系统，并将伺服驱动系统的编码器反馈输入信号转换成数据值。模拟式接口15通过基于PCI总线的板卡来实现，支持多路模拟量输出和多路编码器反馈输入，可控制多个伺服驱动系统。 

在一实施例中，模拟式接口15选取常见的基于PCI总线的模拟式运动控制卡，也可采用自行开发的板卡，支持多路模拟量输出和编码器反馈输入。数控系统11通过开关量接口14和模拟式接口15与伺服驱动系统1-4和输入输出模块1-2构成基于模拟控制的数控系统，如图3所示，其中，开关量接口14与输入输出模块1-2连接，模拟式接口15与伺服驱动系统1-4连接。 

脉冲式接口16将主处理器12发来的位置数据转换成脉冲串控制伺服驱动系统，并将伺服驱动系统的编码器反馈输入信号转换为数据值。脉冲式接口通过基于PCI总线的板卡来实现，支持多路脉冲输出和多路编码器反馈输入，可控制多个伺服驱动系统。 

在一实施例中，脉冲式接口16选取常见的基于PCI总线的脉冲式运动控制卡，也可采用自行开发的板卡，支持多路脉冲输出和编码器反馈输入，数控系统11通过开关量接口14和脉冲式接口16与伺服驱动系统1-4和输入输出模块1-2构成基于脉冲控制的数控系统，如图4所示，其中，开关量接口14与输入输出模块1-2连接，脉冲式接口16与伺服驱动系统1-4连接。 

总线接口17由总线主站卡和主站协议软件组成。总线主站卡是基于PCI总线的标准网卡或专用网卡，主站协议软件是运行在Windows平台上的实时以太网协议软件。主处理器12和总线接口17的数据交换通过调用主站协议软 件提供的API函数实现。主处理器12调用API函数将发送数据写到总线主站卡，主站协议通过总线主站卡将数据发送到伺服驱动系统，并将伺服驱动系统的反馈数据写到总线主站卡，主处理器12调用API函数读取反馈数据。 

在一实施例中，总线接口17可选择EtherCAT总线主站卡或SERCOSIII总线主站卡，其中EtherCAT总线主站卡为基于PCI总线的普通百兆或千兆网卡，主处理器12上运行的Windows操作系统安装EtherCAT主站驱动软件。SERCOSIII总线主站卡是基于PCI总线的专用网卡，主处理器12上运行的Windows操作系统安装SERCOSIII主站驱动软件。数控系统11通过开关量接口14和总线接口17与具有总线接口的伺服驱动系统1-n和输入输出模块1-2构成基于总线控制的数控系统，如图5所示，具有总线接口的伺服驱动系统1-n即总线伺服驱动系统，其中，开关量接口14与输入输出模块1-2连接，总线接口17与总线伺服驱动系统1-n连接。 

本实用新型中数控系统通过开关量接口和模拟式接口与伺服驱动系统和输入输出模块构成基于模拟控制的数控系统；数控系统通过开关量接口和脉冲式接口与伺服驱动系统和输入输出模块构成基于脉冲控制的数控系统；数控系统通过总线接口与具有总线接口的伺服驱动系统和输入输出模块构成基于总线控制的数控系统。 

本实用新型提出的数控系统兼容模拟式通信接口、脉冲式通信接口和总线接口；该数控系统可通过简单更换总线接口卡支持多种类型的现场总线，实现和不同总线类型的伺服驱动系统的通信；数控系统采用Windows平台，可支持多种基于实时以太网的现场总线主站协议，实现多种总线的扩展。 

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，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做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。 

Claims (10)

1.一种兼容多种伺服通信接口的数控系统，其特征在于，包括：主处理器、协处理器、开关量接口、模拟式接口、脉冲式接口、总线接口；

所述主处理器与所述协处理器通过标准以太网进行通信，与所述开关量接口、所述模拟式接口、所述脉冲式接口、所述总线接口通过PCI总线通信；

所述数控系统通过所述模拟式接口、所述脉冲式接口、所述总线接口向伺服驱动系统输出信号，并控制所述伺服驱动系统。

2.根据权利要求1所述的兼容多种伺服通信接口的数控系统，其特征在于，所述开关量接口将所述主处理器发送的输出数据转换成开关量输出信号，并将外部开关量输入信号转换成数据值；

所述开关量接口为基于PCI总线的开关量输入输出卡，支持多路开关量输入和输出。

3.根据权利要求1所述的兼容多种伺服通信接口的数控系统，其特征在于，所述模拟式接口将所述主处理器发送的速度数据转换成电压信号控制所述伺服驱动系统，并将所述伺服驱动系统的编码器反馈输入信号转换成数据值；

所述模拟式接口为基于PCI总线的模拟式运动控制卡，支持多路模拟量输出和编码器反馈输入。

4.根据权利要求1所述的兼容多种伺服通信接口的数控系统，其特征在于，所述脉冲式接口将所述主处理器发送的位置数据转换成脉冲串控制所述伺服驱动系统，并将所述伺服驱动系统的编码器反馈输入信号转换为数据值；

所述脉冲式接口为基于PCI总线的脉冲式运动控制卡，支持多路脉冲输出和编码器反馈输入。

5.根据权利要求1所述的兼容多种伺服通信接口的数控系统，其特征在于，所述总线接口接收所述主处理器发送的数据并将该数据发送到所述伺服驱动系统，获取所述伺服驱动系统的反馈数据供所述主处理器读取；

所述总线接口为EtherCAT总线主站卡或SERCOSIII总线主站卡。

6.根据权利要求1-5任一所述的兼容多种伺服通信接口的数控系统，其特征在于，所述主处理器为基于X86系列处理器的工业微机，支持多个PCI插槽，并运行Windows操作系统和RTX实时子系统，支持多种开放式实时以太网协议的运行。

7.根据权利要求1-5任一所述的兼容多种伺服通信接口的数控系统，其特征在于，所述协处理器为基于ARM内核的核心板，该核心板集成包含键盘、显示器、USB接口、网络接口的外围电路，并运行linux操作系统。

8.一种模拟式数控系统，其特征在于，包括：权利要求1-7任一所述的数控系统、输入输出模块、伺服驱动系统；

所述开关量接口与所述输入输出模块连接，所述模拟式接口与所述伺服驱动系统连接。

9.一种脉冲式数控系统，其特征在于，包括：权利要求1-7任一所述的数控系统、输入输出模块、伺服驱动系统；

所述开关量接口与输入输出模块连接，所述脉冲式接口与所述伺服驱动系统连接。

10.一种总线式数控系统，其特征在于，包括：权利要求1-7任一所述的数控系统、输入输出模块、具有总线接口的伺服驱动系统；

所述开关量接口与所述输入输出模块连接，所述总线接口与所述具有总线接口的伺服驱动系统连接。

Images