CN203275953U - 坡口切割机数字控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种工业控制自动化技术领域的控制系统，尤其是一种坡口切割机数字控制系统。该系统包括工业控制计算机；安装于工业控制计算机的PCI总线上的运动控制卡；通过运动控制卡连接于工业控制计算机的PCI总线中的输入输出接口卡，输入输出接口卡连接有三维平移轴、旋转轴及摇摆轴；连接于工业控制计算机的通用外设接口的人机交互设备。本实用新型的坡口切割机数字控制系统采用通用PC作为操作平台，适应于平常的操作习惯，而且各组成部分相对独立，部分硬件可直接采购市售商品为组成部分，加上已经开发成熟的数控管理模块，整个控制系统与现行的控制系统相比，不仅性能提高、成本降低，而且装配、使用、升级极为简单。

Description

坡口切割机数字控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种工业控制自动化技术领域的控制系统，尤其是一种坡口切割机数字控制系统。

背景技术

根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成的一定几何形状的沟槽，就叫坡口。坡口是主要为了焊接工件，保证焊接度,普通情况下用机加工方法加工出的型面。

目前坡口切割机数字控制器种类较多，从硬件结构上来区分，可以分为基于嵌入式的封闭数控系统和基于PC机的开放式数控系统。

基于嵌入式的数控系统是用单片机或ARM芯片为主控芯片实现运动控制算法，虽然其成本较低，一般来说体积也较小，但是其目前主要存在以下不足：

（1）嵌入式系统运算能力较差，以ARM Cortex-A8为例，720MHz主频的CPU其运算能力仅为Intel Atom N270 1.6GHz CPU的1/20，运动控制插补运算的计算强度是比较大的，运算能力成为了限制嵌入式发展的最大瓶颈；

（2）嵌入式系统的操作习惯支持不如PC机系统，传统PC早已走入家家户户，用户非常熟悉和接受PC机的操作方式；

（3）嵌入式系统上较难集成第三方工具，例如和数控系统配套的CAM软件，在PC上可以正常运行，而在嵌入式上则难以实现；

（4）嵌入式系统开发难度大于PC机上软件开发，由于开发是在普通PC上进行的，所以嵌入式的开发需要进行交叉编译，这对于软件的调试纠错会带来很大的麻烦，进而影响开发速度。

实用新型内容

本实用新型提供一种有效提高性能、基于PC机系统、而且装配、使用、升级极为简单的坡口切割机数字控制系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

它包括：

工业控制计算机，所述的工业控制计算机包括PCI总线及通用外设接口；

运动控制卡，安装于工业控制计算机的PCI总线上；

输入输出接口卡，通过运动控制卡连接于工业控制计算机的PCI总线中，并连接有三维平移轴、旋转轴及摇摆轴；

人机交互设备，连接于工业控制计算机的通用外设接口。

优选地，所述的输入输出接口卡还连接有输入接口和输出接口。

优选地，所述的通用外设接口包括LCD/VGA、USB、PS/2和/或软盘驱动器接口。

优选地，所述的人机交互设备包括触摸屏显示器、鼠标、键盘、移动存储设备。

优选地，所述的工业控制计算机连接UPS电源。

由于采用了上述方案，本实用新型的坡口切割机数字控制系统采用通用PC作为操作平台，适应于平常的操作习惯，而且各组成部分相对独立，部分硬件可直接采购市售商品为组成部分，加上已经开发成熟的数控管理模块，整个控制系统与现行的控制系统相比，不仅性能提高、成本降低，而且装配、使用、升级极为简单。

附图说明

图1是本实用新型实施例的模块结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的坡口切割机数字控制系统包括：

工业控制计算机1，所述的工业控制计算机1包括PCI总线及通用外设接口；

运动控制卡2，安装于工业控制计算机1的PCI总线上；

输入输出接口卡3，通过运动控制卡2连接于工业控制计算机1的PCI总线中，并连接有三维平移轴、旋转轴及摇摆轴；图中X轴41、Y轴42、Z轴43为三维平移轴，所述的轴A 44为旋转轴，所述的轴B 45为摇摆轴，X轴41和Y轴42是水平平移轴，Z轴43是升降轴。

人机交互设备，连接于工业控制计算机的通用外设接口。

具体的，本实施例中，所述的输入输出接口卡3还连接有输入接口31和输出接口32；所述的系统平台为windows系统平台；所述的通用外设接口包括LCD/VGA、USB、PS/2和/或软盘驱动器接口；所述的人机交互设备包括触摸屏显示器51、鼠标、键盘52、移动存储设备，在图中未逐一示出。

工作时，所述工业控制计算机1中装有电子硬盘，用来安装Windows Embedded Standard 2009操作系统，且拥有优于传统机械硬盘的抗震、抗低温、抗高温性能；在所述工业控制计算机1中拥有不小于2条的PCI插槽，来容纳运动控制卡2；在所述的终端输入输出接口卡3设备上通过光耦隔离后，将控制信号传输至机床执行硬件并将外部机床信号传送给控制卡；在所述人机交互设备包含触摸屏设备，使用电阻式单点触摸屏，耐油污、耐粉尘、耐湿，更符合工业现场的恶劣环境；在所述运动控制卡上由一片DSP和FPGA来实现所有的插补运算功能，DSP完成轨迹规划、速度前瞻、速度规划，FPGA来完成插补运算及伺服周期控制；所述的轨迹规划是指运动控制卡根据上位机提供的轨迹值，运用正向运动学方程计算出各个轴的目标位置。

为了提高加工效率，在允许的误差范围内提高转角速度，在所述运动控制卡，使用所述的速度前瞻来计算各个轴运动段的末点运行速度。机床在运行过程中，根据用户能接受的公差范围、机床的惯量以及轨迹段的夹角就可以计算得到所允许的末点运行速度；在所述运动控制卡，为了提高脉冲发送的实时性，运动控制卡内设有8K字节大小的缓冲区，这样当上位机不能及时响应向下位机运动控制卡写入运动轨迹数据时，运动控制卡可以自动从缓冲区中获取下一段的运行数据，保证连续运动。

为了提高本实用新型的稳定性，本实用新型采用了断电保护措施。对工业控制计算机加装UPS电源6，在突然断电时，系统可以检测到断电信号，并自动完成现场数据的保存，以供恢复供电时的现场恢复。以此来实现系统的可靠运行。

为了提高本实用新型的可操作性，在所述人机接口提供了触摸屏和键盘输入两种形式，另外还提供了多路USB口来满足不同USB设备与控制主机连接的需求。

本实用新型采用Windows Embedded Standard 2009多任务操作系统，大大简化了系统设计，使得系统可以同时兼顾用户人机界面的响应和运动控制卡的操作，并保证了系统运行的稳定性和开放性，该操作系统大小仅为600多M，可以安装在绝大多数电子硬盘上使用。使用所述操作系统，可以使用在开发机器上的编译代码无缝移植到目标控制系统上，而windows平台上便捷成熟的配套开发工具使软件的开发周期大大缩短且易于掌握，使研发人员将精力集中投入与控制系统本身的开发。

在本实施例中，升降轴Z轴43使用编码器检测高度来控制下落高度，由于坡口切割中需要时刻保持高度的精确跟踪使切割交点保持固定，因此使用编码器来检测高度并使用PID算法控制实时跟踪是非常必要的，实际使用效果较好。

本实施例中，所有人机显示界面使用相同风格的操作界面，菜单式操作方法使用户直观了解各个按键的功能特征，在每个界面下方为F1-F8操作按钮，而在右侧同样为8个操作按钮，整体软件界面功能可分为如下几类：

（1）状态显示：可显示当前各轴的坐标位置及运行速度；可显示加工代码的平面轨迹及当前所处位置；机床的各个IO口信息也在界面右侧得到显示；

（2）参数修改：可修改机床的运行参数，分为普通用户参数和重要机床参数。普通用户参数是操作人员在日常使用中经常需要调整的参数如加工速度、切割模式、切割参数等；重要机床参数是机床生产厂家调试机床的参数，例如机床精度、回零控制、回零方向、软限位设置、加速度设置、最大运行速度设置等等。

（3）加工代码编辑：在所述控制系统提供了对加工代码的在线编辑处理功能，用户可以对代码做任意的修改变动，代码的编辑可以使用键盘操作也可以使用触摸屏进行操作。

（4）输入/输出模块测试：在所述控制系统提供了测试输入输出模块的界面，使得当故障发生时，可以快速判断故障原因。

（5）运行控制：在所述控制系统提供了手动运行和自动运行两种运行模式，分别执行日常运动和加工代码运行功能。在运行过程中，用户可以任意调节速度倍率来实现平滑加减速运动。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (5)

1. 坡口切割机数字控制系统，其特征在于，该系统包括：工业控制计算机，所述的工业控制计算机包括PCI总线及通用外设接口；

运动控制卡，安装于工业控制计算机的PCI总线上；

输入输出接口卡，通过运动控制卡连接于工业控制计算机的PCI总线中，并连接有三维平移轴、旋转轴及摇摆轴；

人机交互设备，连接于工业控制计算机的通用外设接口。

2.如权利要求1所述的坡口切割机数字控制系统，其特征在于：所述的输入输出接口卡还连接有输入接口和输出接口。

3.如权利要求2所述的坡口切割机数字控制系统，其特征在于：所述的通用外设接口包括LCD/VGA、USB、PS/2和/或软盘驱动器接口。

4.如权利要求3所述的坡口切割机数字控制系统，其特征在于：所述的人机交互设备包括触摸屏显示器、鼠标、键盘、移动存储设备。

5.如权利要求4所述的坡口切割机数字控制系统，其特征在于：所述的工业控制计算机连接UPS电源。

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