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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein numerisches Steuersystem mit einer numerischen Steuervorrichtung, die über eine Verbindung mit einem Motoransteuerverstärker verbunden ist, der einen in einer Maschine umfassten Motor ansteuert, wobei die Vorrichtung eine Motorsteuereinheit aufweist, die den darin angebrachten Motor steuert.
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2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
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In einer numerischen Steuervorrichtung, wie sie z. B. in der
japanischen Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 9-69004 offenbart ist, sind Funktionen einer numerischen Steuereinheit, einer Motorsteuereinheit, einer PMC-(Programmierbare Maschinensteuereinrichtung, „Programmable Machine Controller”)-Einheit und weiteren miteinander über einen Bus verbunden.
6 zeigt eine Darstellung, die eine schematische Struktur einer numerischen Steuervorrichtung unter Verwendung einer konventionellen Technologie beschreibt. Im Allgemeinen wird häufig ein kostengünstiger DSP (Digitaler Signalprozessor) als ein Motorsteuerprozessor zur Verwendung in einer Motorsteuereinheit verwendet.
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In der Struktur, in der ein Motoransteuerverstärker über eine Verbindung verbunden ist und Motorsteuerprozessoren kollektiv bei einer numerischen Steuervorrichtung angebracht sind, weist die Anzahl von Steuerachsen für jeden Motorsteuerprozessor einen oberen Grenzwert auf, und deshalb muss die Anzahl von Motorsteuerprozessoren in dem Maße erhöht werden, in dem sich die Anzahl von Steuerachsen in der numerischen Steuervorrichtung erhöht. Dies ist dadurch begründet, dass die Anzahl von Achsen der numerischen Steuervorrichtung abhängig von dem zu steuernden Maschinenwerkzeug variiert.
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Wird ein kostengünstiger DSP als ein Motorsteuerprozessor für die Motorsteuereinheit verwendet, dann ist es angenehm, die Anzahl von Prozessoren leicht gemäß der Anzahl gemäß von Steuerachsen einzustellen. Der kostengünstige DSP wird jedoch im Allgemeinen mit einer externen Ressource über einen parallelen Allzweckbus verbunden, und kann somit nicht direkt mit einem lokalen Bus verbunden werden. Deshalb ist eine Busbrücke erforderlich. Aus diesem Grund wird die Anzahl von Verbindungspins erhöht. Mit einer Erhöhung in der Anzahl von kostengünstigen DSPs muss ebenso die Anzahl von LSIs der Busbrücke erhöht werden, was die Anzahl von anbringbaren DSPs einschränkt. Des Weiteren wird eine Erhöhung der Anzahl von Steuerachsen mit der Anzahl von DSPs eingestellt, und deshalb muss ein DSP kleiner Größe mit niedriger Leistungsaufnahme ausgewählt werden.
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Wie vorstehend beschrieben, in dem Verfahren des Verwendens von kostengünstigen DSPs als Motorsteuerprozessoren zum Erhöhen der Anzahl von Motorsteuerprozessoren, d. h. von kostengünstigen DSPs zur Verwendung, um eine Skalierbarkeit der numerischen Steuervorrichtung zu steigern, war es schwierig, sich in den vergangenen Jahren dem Bedarf zu widmen, ein Maschinenwerkzeug mehrachsig und hochfunktional zu gestalten. Dies ist dadurch begründet, dass die Anzahl von anbringbaren Prozessoren einen Grenzwert aufweist, und es außerordentlich schwierig war, die Betriebsfrequenz in der jüngeren Halbleitertechnik zu erhöhen. Es ist ebenso schwierig, die Anzahl von Steuerachsen pro Prozessor zu erhöhen.
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Kurzfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung liegt in einem Bereitstellen eines numerischen Steuersystems, das eine Maschine steuert, die mehrachsig und hochfunktional sein kann, durch Verwenden eines Multikernprozessors, während die Kosten niedrig gehalten werden.
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Ein numerisches Steuersystem gemäß der Erfindung weist einen Motoransteuerverstärker, der einen in einer Maschine umfassten Motor ansteuert, und eine numerische Steuervorrichtung auf, die mit dem Motoransteuerverstärker über eine Verbindung verbunden ist. Die numerische Steuervorrichtung umfasst einen numerischen Steuerprozessor, der eine Bewegungsanweisung ausgibt; einen Motorsteuerprozessor, der eine Anweisung zum Ansteuern des Motors auf der Grundlage der Bewegungsanweisung aus dem numerischen Steuerprozessor ausgibt, eine Kommunikationsschnittstelle des Motoransteuerverstärkers, die den Motor auf der Grundlage der Anweisung aus dem Motorsteuerprozessor ansteuert, und eine Verstärkerschnittstelleneinheit, die den numerischen Steuerprozessor und den Motorsteuerprozessor miteinander verbindet; wobei der Motorsteuerprozessor ein Multikernprozessor ist.
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Der numerische Steuerprozessor kann bei einem Kern des Multikernprozessors zugewiesen sein.
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Die numerische Steuervorrichtung kann des Weiteren einen programmierbaren Maschinensteuereinrichtungsprozessor umfassen, der ein DI/DO-Signal zu der Maschine steuert und Daten mit der numerischen Steuereinheit austauscht, und der programmierbare Maschinensteuereinrichtungsprozessor kann bei einem Kern des Multikernprozessors zugewiesen sein.
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Eine zu steuernde Achse kann bei jedem Kern des Multikernprozessors als der Motorsteuerprozessor zugewiesen sein.
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Der Motorsteuerprozessor kann Kernprozessoren von einer minimalen Anzahl aufweisen, die durch die Anzahl von Steuerachsen des numerischen Steuersystems und die Anzahl von Achsen bestimmt wird, die durch einen Kernprozessor verarbeitet werden können.
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Die Verbindung zwischen dem Multikernprozessor und der Verstärkerschnittstelleneinheit kann eine serielle Verbindung sein.
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Die serielle Verbindung kann zumindest eine aus PCIExpress, HyperTransport und RapidIO sein.
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Gemäß der Erfindung ist es möglich, ein numerisches Steuersystem bereitzustellen, das eine Maschine steuert, die mehrachsig und hochfunktional sein kann, unter Verwendung eines Multikernprozessors, während die Kosten niedrig gehalten werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine Darstellung zur Beschreibung eines Ausführungsbeispiels einer numerischen Steuervorrichtung, die ein numerisches Steuersystem unter Verwendung eines Multikernprozessors konfiguriert, gemäß der Erfindung;
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2 eine Darstellung zur Beschreibung, dass ein Prozess A für eine X-Achse und eine Y-Achse und ein Prozess B für die X-Achse und die Y-Achse durch separate Kerne in einem Motorsteuerprozessor in der numerischen Steuervorrichtung gemäß 1 durchgeführt werden;
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3 eine Darstellung zur Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des numerischen Steuersystems gemäß der Erfindung, in dem eine zu verwaltende Steuerachse jedem Kern in dem Motorsteuerprozessor in der numerischen Steuervorrichtung gemäß 1 zugewiesen ist;
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4 eine Darstellung zur Beschreibung eines weiteren Ausführungsbeispiels des numerischen Steuersystems gemäß der Erfindung, umfassend eine kostengünstige numerische Steuervorrichtung mit einer kleinen Anzahl von Steuerachsen;
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5 eine Blockdarstellung, die die Struktur eines Ausführungsbeispiels eines numerischen Steuersystems gemäß der Erfindung schematisch beschreibt; und
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6 eine schematische Strukturdarstellung einer konventionellen numerischen Steuervorrichtung.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Eine numerische Steuervorrichtung, die ein numerisches Steuersystem unter Verwendung eines Multikernprozessors gemäß der Erfindung konfiguriert, ist unter Verwendung von 1 beschrieben.
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Eine numerische Steuervorrichtung 1 steuert einen (nicht gezeigten) Motor, der in einer Maschine umfasst ist, wie ein Maschinenwerkzeug oder eine Industriemaschine. Die numerische Steuervorrichtung 1 umfasst eine numerische Steuereinheit 10, eine PMC-Einheit (Programmierbare Maschinensteuereinheit) 20, eine Verstärkerschnittstelleneinheit 30, eine Motorsteuereinheit 40 und eine Einheit 50 zur Speicherung und ähnliches. Die numerische Steuereinheit 10, die PMC-Einheit 20, die Verstärkerschnittstelleneinheit 30 und die Einheit 50 für die Speicherung und ähnliches sind miteinander über einen lokalen Bus 60 verbunden. Es sei darauf hingewiesen, dass gemäß der Beschreibung in 1 die Einheit 50 zur Speicherung und ähnliches der Sammelname eines ROMs, einer 232C-Schnittstelle, einer DI/DO-Schaltung und anderer optionaler Schaltungen ist.
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Die numerische Steuereinheit 10 umfasst einen numerischen Steuerprozessor 11, einen DRAM 12 und eine Busbrücke 13, und diese sind miteinander über einen internen Bus 14 verbunden. Der numerische Steuerprozessor 11 ist ein Prozessor, der eine Funktion des Interpretierens einer Betriebsanweisung, die von einem Maschinenprogramm oder dergleichen erteilt ist, um eine Bewegungsanweisung für einen Servomotor jeder Achse zu berechnen, eine Funktion des Interpretierens einer Betriebsanweisung, um ein Ein-/Aus-Signal zu und von der Maschinen zu senden und zu empfangen, und eine Funktion des Kommunizierens mit einem Bediener der Maschine durch eine Tastatur und einer Anzeigeeinheit ausführt, wie eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung. Der DRAM 12 wird als ein Arbeitsspeicher verwendet. Die numerische Steuereinheit 10 ist ebenso mit dem lokalen Bus 60 über die Busbrücke 13 verbunden und ist mit der PMC-Einheit 20, der Verstärkerschnittstelleneinheit 30 und der Einheit 50 zur Speicherung und ähnliches verbunden. Der numerische Steuerprozessor 11, der DRAM 12 und die Busbrücke 13 sind jeweils als eine LSI aufgebaut.
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Die PMC-Einheit 20 weist eine Sequenzsteuerfunktion des Steuerns eines DI/DO-Signals zu der Maschine und eine Funktion des Austauschens von Daten mit der numerischen Steuereinheit 10 auf. Die PMC-Einheit 20 umfasst einen PMC-Prozessor 21, einen DRAM 22 und eine Busbrücke 23, und diese sind miteinander über einen internen Bus 24 verbunden. Die PMC-Einheit 20 ist mit dem lokalen Bus 60 über die Busbrücke 23 verbunden.
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Die Verstärkerschnittstelleneinheit 30 umfasst eine Kommunikationssteuer- und Busbrücke 33 und ist mit dem lokalen Bus 60 über die Kommunikationssteuer- und Busbrücke 33 verbunden. Die Kommunikationssteuer- und Busbrücke 33 umfasst ebenso eine Schnittstelle 70 mit einem Multikern-DSP. Die Verstärkerschnittstelleneinheit 30 ist mit einem Motoransteuerverstärker 100 über die Schnittstelle 70 der Kommunikationssteuer- und Busbrücke 33 verbunden.
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Die Motorsteuereinheit 40 umfasst einen Multikern-DSP 41, der ein Motorsteuerprozessor ist, einen DRAM 42 und einen FROM 43. Der Multikern-DSP 41 weist eine Vielzahl von (vier in dem Beispiel gemäß 1) CPU-Kernen und einen internen RAM auf. Der Multikern-DSP 41 ist mit der Kommunikationssteuer- und Busbrücke 33 der Verstärkerschnittstelleneinheit 30 über die Schnittstelle 70 verbunden. Der Multikern-DSP 41 ist ein Prozessor, der eine Positionsregelung, eine Geschwindigkeitsregelung und eine Stromsteuerung auf der Grundlage einer Bewegungsanweisung für jede Achse, die aus der numerischen Steuereinheit 10 erteilt ist, und von Rückkopplungssignalen der Position, der Geschwindigkeit und des Stroms durchführt, die aus einer Positions-/Geschwindigkeitserfassungseinrichtung und einer Stromerfassungseinrichtung rückgekoppelt sind, die in dem Servomotor für jede Achse umfasst sind, und erzeugt eine Anweisung für den Motoransteuerverstärker 100. Die Motorsteuereinheit 40 gewinnt die Rückkopplungssignale durch Verstärkerkommunikation zwischen dem Motoransteuerverstärker 100 und der Verstärkerschnittstelleneinheit 30 und einer Schnittstelle zwischen der Verstärkerschnittstelleneinheit 30 und dem Motorsteuerprozessor.
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Wie vorstehend beschrieben, wird die numerische Steuervorrichtung 1 unter Verwendung eines Multikern-DSPs 41 aufgebaut. In der konventionellen Technologie wird eine Vielzahl von DSPs verwendet, um eine Motorsteuereinheit aufzubauen. In einem Ausführungsbeispiel der numerischen Steuervorrichtung gemäß der Erfindung wird ein Multikern-DSP zum Aufbau verwendet, wodurch die Anzahl von DSP-Chips verringert wird. Anhand dessen stellt selbst eine etwas große Packungsgröße des Multikern-DSPs oder eine erhöhte Leistungsaufnahme bis zu einem gewissen Grad kein Problem dar, und deshalb kann ein Hochleistungs-Multikern-DSP angebracht werden.
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Wird die Schnittstelle 70 bei einer seriellen Kommunikation hoher Geschwindigkeit angewendet, dann wird ebenso die Anzahl von Signalpins im Vergleich mit einem parallelen Bus verringert. Deshalb können die Kosten gesenkt werden, und kann die Anbringungsfläche verkleinert werden. Ein paralleler Bus zur Verwendung in der konventionellen Technologie weist viele Signalpins auf, und wenn sich die Anzahl von DSPs zur Verwendung erhöht, dann muss die Anzahl von Busbrücken ebenso erhöht werden. Im Gegensatz dazu, in einem Ausführungsbeispiel der numerischen Steuervorrichtung gemäß der Erfindung unter Verwendung der seriellen Kommunikation hoher Geschwindigkeit, kann das Problem in der konventionellen Technologie gelöst werden.
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Es sei darauf hingewiesen, dass Standards wie PCI-Express, HyperTransport und RapidIO für die Hochgeschwindigkeitskommunikation verwendet werden können, und diese nicht einschränkend sind.
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In der Motorsteuereinheit 40 in der numerischen Steuervorrichtung gemäß 1 werden ein Prozess A für eine X-Achse und eine Y-Achse und ein Prozess B für die X-Achse und die Y-Achse durch separate Kerne durchgeführt, was nachstehend unter Verwendung von 2 beschrieben werden wird.
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Falls Prozesse für eine bestimmte Steuerachse (z. B. Prozesse für die X-Achse und die Y-Achse) über eine Vielzahl von Kernen (z. B., wie in 2 gezeigt, werden der Prozess A für die X-Achse und die Y-Achse und der Prozess B für die X-Achse und die Y-Achse durch separate Kerne durchgeführt), aus dem Grund durchgeführt werden, dass es schwierig ist, Prozesse für eine Achsensteuerung parallel durchzuführen, tritt oft Datenaustausch und Warten zwischen den Kernen auf, wodurch die Prozesseffizienz verringert wird.
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Die Motorsteuereinheit 40 umfasst den Multikern-DSP 41, und der Multikern-DSP 41 weist zwei CPU-Kerne auf: CPU #1 und CPU #2. Der Prozess A für die X-Achse und die Y-Achse wird durch CPU #1 durchgeführt, und der Prozess B für die X-Achse und die Y-Achse wird durch CPU #2 durchgeführt. Das heißt, die Prozesse für die Steuerachsen, die die X-Achse und die Y-Achse sind, werden über zwei CPU-Kerne durchgeführt. Deshalb tritt häufig ein Datenaustausch und Warten zwischen den Kernen auf.
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Ein Ausführungsbeispiel des numerischen Steuersystems gemäß der Erfindung, in dem eine zu verwaltende Steuerachse jedem Kern in der Motorsteuereinheit 40 in der numerischen Steuervorrichtung gemäß 1 zugewiesen ist, wird unter Verwendung von 3 beschrieben werden. Eine in dieser 3 beschriebene Motorsteuereinheit 40 löst das vorstehend beschriebene Problem in der Motorsteuereinheit 40, die in 2 dargestellt ist.
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Wie in 3 gezeigt, umfasst die Motorsteuereinheit 40 einen Multikern-DSP 41, und der Multikern-DSP 41 weist vier CPU-Kerne auf: CPU #1, CPU #2, CPU #3 und CPU #4. Ein Prozess für eine X1-Achse und eine Y1-Achse wird der CPU #1 zugewiesen, ein Prozess für eine X2-Achse und eine Y2-Achse wird der CPU #2 zugewiesen, ein Prozess für eine X3-Achse und eine Y3-Achse wird der CPU #3 zugewiesen, und ein Prozess für eine X4-Achse und eine Y4-Achse wird der CPU #4 zugewiesen. Ebenso wird eine zu verwaltende Steuerachse jedem dieser CPU #1 bis CPU #4 zugewiesen. Der Prozess jeder Steuerachse kann im Wesentlichen unabhängig durchgeführt werden. Ist deshalb ein Prozess jeder Steuerachse zugewiesen, können ein Datenaustausch und ein Warten unter den Kernen minimiert werden, und kann eine Verringerung in der Prozesseffizienz für jeden Kern vermieden werden.
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4 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung eines weiteren Ausführungsbeispiels des numerischen Steuersystems gemäß der Erfindung, umfassend eine kostengünstige numerische Steuervorrichtung mit einer kleinen Anzahl von Steuerachsen.
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Ist die Anzahl von in der Maschine umfassten Motoren klein, d. h. ist die Anzahl von Steuerachsen klein, wird eine kostengünstige numerische Steuervorrichtung mit einer kleinen Anzahl von Steuerachsen verwendet. Da die Anzahl von CPUs, die für die Motorsteuerung erforderlich ist, klein ist, können die numerische Steuereinheit, die PMC-Einheit und die Motorsteuereinheit in einer Multikern-CPU vereinigt werden.
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Eine numerische Steuervorrichtung 2 umfasst die Verstärkerschnittstelleneinheit 30, eine numerische Steuereinheit/Motorsteuereinheit/PMC-Einheit 90 und die Einheit 50 zur Speicherung und ähnliches, und diese Einheiten sind miteinander über den lokalen Bus 60 verbunden.
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Die numerische Steuereinheit/Motorsteuereinheit/PMC-Einheit 90 umfasst eine Multikern-CPU 91, einen DRAM 92 und einen FROM 93. Die Multikern-CPU 91 weist eine Vielzahl von (drei in den Beispiel gemäß 4) CPUs und einen internen RAM auf. Der Vielzahl von CPUs, die die Multikern-CPU 91 der numerischen Steuereinheit/Motorsteuereinheit/PMC-Einheit 90 aufbaut, sind jeweils die Funktion der numerischen Steuereinheit 10, die Funktion der PMC-Einheit 20 und die Funktion der Motorsteuereinheit 40 zugewiesen, die vorstehend beschrieben sind. Die Multikern-CPU 91 ist mit der Kommunikationssteuer- und Busbrücke 23 der Verstärkerschnittstellenschaltung 30 über die Schnittstelle 70 verbunden.
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Es sei darauf hingewiesen, dass während 4 die numerische Steuervorrichtung 2 zeigt, in der drei Funktionen der numerischen Steuereinheit, der Motorsteuereinheit und der PMC-Einheit jeweils den Kernen der Multikern-CPU 91 zugewiesen sind, kann ein Ausführungsbeispiel dergestalt sein, dass die Funktionen der numerischen Steuereinheit und der Motorsteuereinheit jeweils den Kernen der Multikern-CPU 91 zugewiesen sind.
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Die Struktur eines Ausführungsbeispiels des numerischen Steuersystems gemäß der Erfindung wird nachstehend schematisch unter Verwendung einer Blockdarstellung gemäß 5 beschrieben werden.
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Eine CPU 111 als ein Prozessor steuert die gesamte numerische Steuervorrichtung 1 durch Abarbeiten eines in einem RAM 112 gespeicherten Systemprogramms. In einem RAM 113 sind verschiedene Arten von Daten oder Eingabe- und Ausgabesignale gespeichert. Verschiedene Arten von in einem nicht-flüchtigen Speicher 114 gespeicherten Daten werden im aktuellen Zustand beibehalten, selbst nachdem die Stromzufuhr abgeschaltet ist. Eine graphische Steuerschaltung 115 wandelt ein digitales Signal in ein Signal zur Anzeige um und führt das Signal zur Anzeige auf einer Anzeigevorrichtung 116 zu. Eine Tastatur 117 ist eine Einrichtung zum Eingeben von verschiedenen Einstellungsdaten, die numerische Tasten, Zeichentasten und andere aufweist.
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Eine Motorsteuereinheit 118 empfängt eine Bewegungsanweisung für jede Achse aus der CPU 111 und gibt die Anweisung für jede Achse zu einem Servoverstärker 119 aus. Bei Empfang dieser Bewegungsanweisung steuert dieser Servoverstärker 119 einen (nicht gezeigten) Servomotor eines Maschinenwerkzeugs 120 an. Diese Komponenten sind miteinander über einen Bus 121 verbunden. Wird ein Maschinenverarbeitungsprogramm ausgeführt, empfängt eine PMC 122 ein T-Funktionssignal (eine Werkzeugauswahlanweisung) über den Bus 121. Dann wird dieses Signal mit einem Sequenzprogramm verarbeitet, und wird ein Signal als eine Betriebsanweisung zum Steuern des Maschinenwerkzeugs 120 ausgegeben. Bei Empfang eines Zustandssignals aus dem Maschinenwerkzeug 120 wird ebenso ein für die CPU 111 erforderliches Eingangssignal übermittelt. Des Weiteren sind Softwaretasten 123, deren Funktionen sich abhängig von einem Systemprogramm oder dergleichen ändern, und eine Schnittstelle 124 zum Senden von NC-Daten zu einer externen Vorrichtung, wie eine Speichervorrichtung, mit dem Bus 121 verbunden. Diese Softwaretasten 123, sowie die Anzeigevorrichtung 116 und die Tastatur 117 sind bei einer/einem Anzeigevorrichtung/MDI (Manuelle Dateneingabe, „Manual Data Input”)-Paneel 125 vorgesehen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Motorsteuereinheit 118 und der Servoverstärker 119 miteinander über die Schnittstelle 70 verbunden sind, wie in 1 gezeigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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