CN2200833Y

CN2200833Y - 全功能型计算机数控装置

Info

Publication number: CN2200833Y
Application number: CN 94244503
Authority: CN
Inventors: 毕承恩; 郇极; 张岳
Original assignee: Beijing Three Ai Fu Nc Co
Current assignee: Beijing Three Ai Fu Nc Co
Priority date: 1994-11-09
Filing date: 1994-11-09
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2004-11-09

Abstract

一种用于工业自动化控制的全功能型计算机数控装置，它是在工业微型计算机的技术基础上，加入位置控制和输入/输出控制电路，采用CRT显示和 MDI手动数据输入控制，用来实现微细分步进电机的高速度精度控制和交流伺服电机的多轴控制。

Description

本实用新型涉及一种计算机控制装置，特别是能实现对各种机械和电子设备进行数字控制的一种全功能型计算机数控装置。

目前一般的数字控制装置（以下简称“数控装置”），都是将CPU，RAM，ROM以及其它集成块固定的连在一起，进行专用电路的逻辑设计，如果CPU要更新换代，则整个装置要重新设计，成本高，可变化能力小，不能实现对微细分步进电机的高速高精度控制。

本实用新型的目的是提供一种计算机数控装置，它是直接利用通用微型计算机的基本硬件与数控型的位置控制电路和输入输出控制电路的有机结合，不仅可以实现对微细分步进电机的高速控制，还可以实现对交流伺服电机的控制和多轴控制。

本实用新型的目的是这样实现的：在AT总线插座上（见图2），由单板计算机，CRT显示器，MDI手动数据输入键，伺服放大器、伺服电机、编码器、稳压电源、软驱和硬驱电子盘构成基本部件，其特征在于：单板计算机与伺服放大器之间连接有中心控制的核心部件、位置控制板和输入／输出控制板。

位置控制板由集成电路总线缓冲驱动器CP1、CP2、CP3和地址译码器CP4、CP5、CP6组成地址译码电路，三态输出总线传送接收器CP7、总线数据缓冲驱动器CP8、六／四D型触发器CP9、光电隔离器CP12与锁存器CP13组成数据译码电路，可编程定时计数器CP10、六／四D型触发器CP11和正与非门电路组成中断定时电路，LSI插补位控电路CP15、CP16，正与非门电路CP17、CP19，JK触发器CP18、CP20和锁存驱动器CP21、CP22组成插补与位控电路。

输入／输出控制板由集成电路光电隔离器CP31、CP32和总线数据缓冲器CP33组成输入控制电路，总线缓冲驱动器CP34、CP35，二输入端正或门CP36，正与非门CP42，二输负或门CP43，门阵列译码器CP44组成数据和地址控制电路，八D型触发器CP37、CP38和达林顿管CP39、CP40、CP41构成输入输出控制电路。

由于在微型计算机的基础上，采用了上述组合结构，实现了对一台机床进行数字控制的目的。

采用本实用新型的优点和效果在于①可以实现对微细分步进电机的高精度高速控制，在脉冲当量为0.001mm时，高速可达8M／min以上；②可以实现对交流位置型的伺服电机进行控制；③可以实现1轴到18轴的多轴控制；④可以将CPU任意升级换代，可用80286加80287，也可升级为80386加80387，及使用80486以至80586。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

图1是本实用新型的机械安装结构图；

图2是逻辑原理框图；

图3是位置控制板电路图；

图4是输入／输出控制板电路图

实施例：

图1是本方案的机械安装结构图，在工业微型计算机的AT总线上，可安插几块印刷电路板，从左至右为CH1、CH2……CH7，其中：CH1为单板计算机，是已有技术，通用插件均可应用，CPU可以选用Intel80286，协处理器为80287，也可以选用Intel80386与80387或80486、80586等，在单板计算机中具有存贮运算和控制的基本功能。

CH2、CH3、CH4为位置控制板。

CH5、CH6为输入／输出控制板。

CH7为稳压电源和软驱电子盘、硬驱均为已有技术。

图2为本实施方案的原理框图，其中：

C－－单板计算机、软驱、硬驱、电子盘

P－－位置控制板

D－－输入／输出控制板

CRT／MDI－－显示器和手动数据输入部件、伺服放大器是已有技术

M电机和编码器PC是已有技术

继电器和开关、按钮是已有技术。

本方案利用通用微型计算机的已有的基础技术，将单板计算机C，位置控制板P1～P3，输入／输出控制板D1～D2均插入，从AT总线BUS来的地址信号和数据信号以及有关控制信号，是通过总线BUS相互交换信息的。CRT／MDI是执行人机对话功能，采用菜单方式指示操作者输入数据，这些数据在单板计算机C的控制下，通过总线BUS，将地址A00～A19，数据D00～D07以及写信号WT，读信号RD送到P位置控制板上，位置控制板接收这些信号后要进行插补运算和位置比较，将结果分别送到每轴插头CX、CY、CZ上，这些插头又与伺服放大器对应的插座相连，伺服放大器每轴一个，将接收的信号进行速度控制，脉宽调制，功率放大输出到M电机上去，控制电机的启动，旋转和停止，PC为编码器，它与电机是直接连轴连接的，它为光电编码器，每一转可发出2000脉冲，因此它发出脉冲的多少就对应电机的转数，编码器的脉冲反馈送回，通过伺服送到位置控制板上。输入／输出控制板D将总线接收来的控制信息进行转换和输出，送到继电器和开关板上，对机床进行驱动，同时，将机床上的开关和触点信号，通过该板作电平转换再送回总线上去，通过以上动作，从而实现对机床的数字控制。

通过图3对P位置控制板的技术方案作详细描述，其中：

CP1为74LS244 是总线缓冲驱动器

CP2为74LS244 是总线缓冲驱动器

CP3为74LS244 是总线缓冲驱动器

CP4为GAL20V8 是地址门译码器

CP5为GAL20V8 是地址门译码器

CP6为GAL20V8 是地址门译码器

CP7为74LS245 是三态输出的八总线传送接收器

CP8为74LS240 是总线数据缓冲驱动器

PC9为74LS175 是六／四D型触发器

CP10为8253 是可编程定时计数器

CP11为74LS175 是六／四D型触发器

CP12为TLP512－4 是光电隔离器件

CP13为74LS367 是锁存器

CP14为74S00 是正与非门电路

CP15为B91011 是大规模集成电路LSI插补电路位控电路

CP16为B91011 是大规模集成电路LSI插补电路位控电路

CP17为74S00 是正与非门电践

CP19为74S00 是正与非门电路

CP18为74S112 是JK触发器

CP20为74S112 是JK触发器

CP21为75113 是锁存驱动器

CP22为75113 是锁存驱动器

在图3中，CP1～CP3三片总线缓冲驱动器与CP4～CP6三片GAL译码器，组成地址译码电路，从总线BUS来的地址信号A19～A12对应与CP1的输入端（8、6、4、2、11、13、15、17）相连，地址信号A03～A00对应接到CP3的输入端（8、6、4、2），CP1的输出端（12、14、16、18、9、7、5、3）与CP2的输出端（12、14、16、18）要连到CP4的对应输入端上（1、2、3、4、5、6、7、8、9、11、12、13）形成地址信号AB19～AB08；CP2的输出端（9、7、5、3）与CP3的输出端（12、14、16）要对应接到CP6的输入端上（4、5、6、7、8、9、11），形成地址信号AB07～AB01，总线BUS来的写信号WT接到CP3的输入端13上，CP3的输出端7将“写信号”缓冲后，分别与CP5及CP6相应的输入端2相连，总线BUS来的读信号RD接到CP3的输入端15上，CP3的输出端5与CP5，CP6相应的输入端1相连，CP2输出端9、7与CP5的输入端4、5相连，这是地址信号A07－A06，CP4输出端18与CP5输入端3相连，CP4输出端19与CP6输入端3相连，这六片器件组成的地址译码电路将产生读写信号，片选大规模集成电路LSI信号，轴选择信号和读写使能信号，分别送至数据转换电路和CP7、CP8、CP9、CP10、CP13插补控制电路CP15、CP16，从总线BUS来的数据信号D00～D07送到CP7的对应输入端（2、3、4、5、6、7、8、9），CP7的输出端（18、17、16、15、14、13、12、11）与CP16的输入端（44、45、46、47、48、1、2、3）及CP15的输入端（44、45、46、47、48、1、2、3）和CP9的输入端（4、5、12、13）相连，接到CP15、CP16的为数据D00～D07，接到CP9的仅为数据D0～D3，CP6的输出端14与CP8的输入端1、19相连，CP13的输出端（3、5、7、9）与CP8的输入端（2、4、6、8）对应相连接，CP8的输出端（18、16、14、12、9、7、5、3）及CP7的输出端（18、16、14、12、9、7、5、3）均与CP10的输入端（8、7、6、5、4、3、2、1）相连，CP5的输出端14与CP10的输入端21相连，CP3的输出端（14、16）与CP10的输入端19、20）相连，CP5的输出端18与CP10的输入端23相连，同时与CP16及CP15的输入端36相连，CP5的输出端19与CP10的输入端22与CP16和CP15的输入端35相连，形成读写控制信号。CP3的输出端（16、14、12）及CP2的输出端（3、5）与CP15，CP16的输入端（39、40、41、42、43）对应相接，形成5位地址线；CP10的输出端10连到CP11的输入端4上，并与512K时钟脉冲相与，经CP14相与，产生中断信号在CP14的输出端与CP15、CP16的输入端6相连，CP15及CP16的17端接16MHZ的时钟信号，CP16的输入端（32、28、34、15、14、8）接地，CP15的输入端（32、28、34）接地，而输入端（15、14、8）可以外接编码器，CP15的输出端（5）接CP19的“9”端，而CP15的输出端4接SH21开关中点，开关SH21的触点a接CP19的输入端10，触点b接到CP20的13端上，CP20的输入端（2、3、4、10、11、12、14、15），通过R1接到电压V1上，CP18的输入端（2、3、4、10、11、12、14、15）及CP21的输入端（6、7、10、9），CP22的输入端（6、7、10、9）均接到R1上，CP20的输出端5连到CP22输入端5上，CP20的输出端9接到SH22开关a点，SH22开关的b点接到CP9的输出端15上，SH22开关中点接到CP22的输入端11，CP22的输出端4，3端串连电阻R4接到插座CZ上，输出端12、13串连电阻R5接到插座CZ上，输出端1、2与，14、15直接连到插座CZ上，CP16的输出端5与CP17输入端1相连，输出端4与SH11开关中点相连，SH11的a点与CP17输入端2相连，b点与CP18的输入端13相连，CP17的输出端3连到CP18的输入端1上，CP18的输出端5与CP21的输入端5相连，输出端9与SH12开关a点相连，SH12中点与CP21的输入端11相连，而b点与CP9的输出端7相连，CP21的输出端3、4串连电阻R2至CX插座上，12、13串连电阻R3至CX插座上，而1、2与14、15直接连到插座上，CP21与CP22的输入端9均接到CP9的输出端2上。CP7和CP8是数据线的接收与发送缓冲电路，CP9将接收到的数据在CP6（18）送出信号的选通下产生使能脉冲，从CP9（2）送到CP15，CP16上，使其处于使能状态，同时，从CP9（7）、（10）、（15）分别送出X、Y、Z座标轴的方向控制命令至SH12和SH22，以控制运动方向。CP10是可编程定时计数器，根据数据总线的输入端1、2……7、8的状态和输入端19、20地址码AB01和AB02的状态在22、23读写指令和512K时钟的作用下，产生定时输出脉冲经CP11和CP14缓冲变为定时中断脉冲分别送到CP15、CP16上，CP15与CP16均为大规模电路的插补器，CP4、CP5、CP6为门阵列译码器，他们输入端均为地址总线信号AB19～AB01，在CP3（7）、（5）输出的读写RD，WT的作用下，产生读写命令，从CP5（19、18）端送到CP15、CP16和CP10，并产生片选信号从（17、16、15）输出，分别送到CP15、CP16，从14端送出口片选信号送到CP10，插补器CP15、CP16在片选信号，中断定时信号以及读写信号的作用下，定时产生一串插补脉冲经5、4端输出。SH11、SH12及SH21、SH22为轴方向控制信号和脉冲控制信号，当SH11、SH21开关合上b点时且SH12与SH22合上a点每轴输出为两路脉冲，当SH11、SH21开关合上a点且SH12、SH22开关合向b点时输出脉冲或方向电平均经插座CX、CY、CZ送出至图2的伺服放大器上。CP12与CP13是作为报警检测电路，在CP6（17）的控制下产生的数据由CP13送回至CP8，当图2电机连接的编码器产生的脉冲有输入时，经CP15输入端（15、14、8）送至插补器，以上是P位置控制板电路工作的过程。

通过图4对D输入／输出控制板的电路原理详细说明，在图4中：

CP31与CP32为TLP521－4，是光电隔离器件，本图中只画出2组，随着输入端的增加，可以扩展为多组组合；

CP33为74LS240，是总线数据缓冲器；

CP34与CP35为74LS244，是总线缓冲驱动器；

CP36为74LS32，是二输入端正或门；

CP37与CP38为74LS273，是八D型触发器；

CP39、CP40、CP41为MC1413，是达林顿管；

CP42为74LS00，是正与非门；

CP43为74S08，是二输负或门；

CP44为GAL20V8，是门阵列译码器。

在本电路中CP34接收总线BUS来的数据信号D00～D07送到CP34的输入端（2、3、4、5、6、7、8、9），经缓冲后CP34的输出端（11、12、13、14、15、16、17、18）接到CP37与CP38的输入端（3、4、7、8、13、14、17、18）上，CP35接收总线BUS来的地址信号A1～A8送到CP35的输入端（2、4、6、8、11、13、15、17），经缓冲后由CP35的输出端（3、5、7、9、12、14、16、18）接到CP44的输入端对应点（1、2、3、4、5、6、7、8）上。CP43接收总线BUS送来的读写使能信号*IORC、IOWC、AEN及A9接到CP43的输入端（5、10、2、12）上，CP43的输入端（4、9、1、13）通过电阻接V5，CP43的输出端（6、8、3、11）接到CP44的输入端（11、10、9、13）总线信号RESDRV通过CP42的输出端8送到CP37及CP38的11端，作为清除信号。

CP44为门阵列译码电路，它在输入端（11、10、9、13）的读写使能信号的作用下，将地址码对应译出*R220～*R226的多组使能电平，由输出端（16、17、18、19）去控制CP33信号的输入选通。

CP31、CP32和CP33组成了输入控制回路，在CP31和CP32的输入回路中，每一路均要选用R11、R12、R13及D11～R81、R82、R83、D81分别构成光隔离器件的输入匹配回路，R11～R81的一端接电压V6，另一端接光电隔离器件；CP31的输出端15接地，而16通过R14与C11的公共点，接到CP33的输入端2，CP32的输出端10通过R84与C82的公共点接到CP33的输入端11，CP33的其它输入端（17、4、15、6、13、8）均按照上述原理对应连接，CP33在*R220的选通下，将读入的信息变成数据信号D00～D07连到内部数据总线上，CP39、CP40、CP41为达林顿管，由CP37D触发器的输出端（2、5、6、9、12、15、16）对应连接到CP39的输入端（1、2、3、4、5、6、7），CP37的19端与CP38的2端对应连到CP40的（1、2）端，CP38的输出端（5、6、9、12、15、16、19）对应连到CP41的输入端（1、2、3、4、5、6、7），CP39、CP40、CP41的8端均接地。

CP39的输出（16、15、14、13、12、11、10）端，CP40的输出端（16、15）与CP41的输出端（16、15、14、13、12、11、10）均连接到插座M1上，对应点为（13、14、15、16、17、18、19、11、12、4、5、6、7、8、9、10）插座M1的（1、2、3）接地。

在图2中机床的开关信号，将通过图4的N1～N4插头送到D输入／输出控制板，接收进来送至数据总线，而图4中M1、M2插座的输出端，将把本控制器的输出信号经达林顿管去控制继电器功率器件，由于输入采用光电隔离器件，输出采用达林顿管，从而达到较好的抗干扰能力。

Claims

1、一种全功能型计算机数控装置，它是在AT总线的插座上，接入单板计算机，CRT显示器，MDI手动数据输入键，伺服放大器，伺服电机，编码器，稳压电源，软驱和硬驱电子盘，构成基本部件，其特征在于单板计算机与伺服放大器之间连接有中心控制核心部件，位置控制板和输入/输出控制板。

2、根据权利要求1所述的计算机数控装置，其特征在于：位置控制板由集成电路总线缓冲驱动器CP1、CP2、CP3和地址译码器CP4、CP5、CP6组成地址译码电路，三态输出总线传送接收器CP7、总线数据缓冲驱动器CP8、六／四D型触发器CP9、光电隔离器CP12与锁存器CP13组成数据译码电路，可编程定时计数器CP10、六／四D型触发器CP11和正与非门电路组成中断定时电路，LSI插补位控电路CP15、CP16，正与非门电路CP17、CP19，JK触发器CP18、CP20和锁存驱动器CP21、CP22组成插补与位控电路。

3、根据权利要求1所述的计算机数控装置，其特征在于：输入／输出控制板由集成电路光电隔离器CP31、CP32和总线数据缓冲器CP33组成输入控制电路，总线缓冲驱动器CP34、CP35，二输入端正或门CP36，正与非门CP42，二输负或门CP43，门阵列译码器CP44组成数据和地址控制电路，八D型触发器CP37、CP38和达林顿管CP39、CP40、CP41构成输入输出控制电路。

4、根据权利要求3所述的计算机数控装置，其特征在于：光电隔离器可扩展为多组。