毕业论文 八轴开放式数控系统的开发研究.doc
约72页DOC格式手机打开展开
毕业论文 八轴开放式数控系统的开发研究,72页共计32772字摘要随着现代制造业的快速发展，传统数控系统兼容性差、功能不易扩展、人机界面不灵活等缺点日益显现，数控系统的开放化已成为数控技术的主流。开放式数控系统的研究目的是开发一种模块化、可重构、可扩充的控制系统结构，以增强数控系统的功能柔性，在体系结构上给用户二次开发留有更多的余地，从而快速地响应新的加工需...
内容介绍
此文档由会员 bfxqt 发布
72页共计32772字
摘 要
随着现代制造业的快速发展，传统数控系统兼容性差、功能不易扩展、人机界面不灵活等缺点日益显现，数控系统的开放化已成为数控技术的主流。开放式数控系统的研究目的是开发一种模块化、可重构、可扩充的控制系统结构，以增强数控系统的功能柔性，在体系结构上给用户二次开发留有更多的余地，从而快速地响应新的加工需求。
本文阐述了数控技术的发展过程，介绍了国内外开放式数控系统的发展现状和发展趋势，指出研究和开发开放式数控系统的必要性。在分析目前应用比较广泛的OSACA开放式体系结构的基础上，建立了基于PC+运动控制器的开放式数控系统的软硬件结构，并重点介绍了系统软件的构成与实现。系统软件设计采用模块化结构，如：总体调度模块、参数模块、软PLC模块、NC模块，客户界面模块等。各个模块之间通过标准的接口协调工作，共同完成数控系统的功能。该系统是一个能够同时完成程序译码、插补运算、系统管理、伺服控制等任务的控制系统，具备了一般商用数控系统的通用功能。如果需要对系统的功能进行调整，只需要增减功能模块即可，体现出了系统开放性、灵活性的特点。
最后以系统研究为背景，将开发出的数控系统应用在铣床数控化改造中。实践证明，以工控机和运动控制器为控制系统的核心控制器，不仅可以大大的简化系统的开发周期，实现资源的合理配置，而且，系统开发者和机床用户可以将自己的特殊的加工工艺、管理经验和操作技能纳入控制系统形成自己的产品特色。
目 录
摘 要 I
Abstract II
1 绪论 1
1.1 数控系统的发展概况 1
1.2 开放式数控系统概述 2
1.2.1 开放式数控系统的定义 2
1.2.2 开放式数控系统的特点 3
1.2.3 开放式数控系统的体系结构 3
1.3 开放式数控系统的发展 7
1.3.1 国外开放式数控系统的发展状况 7
1.3.2 国内开放式数控系统的发展状况 9
1.4 课题的产生及意义 11
1.5 课题的研究方法和内容 12
2 数控系统的总体设计 13
2.1 系统的设计目标 13
2.2 数控系统硬件结构设计 13
2.2.1 系统硬件的总体设计及实现 13
2.2.2 工控机的选型 15
2.2.3 运动控制器的选型 16
2.3 数控系统软件结构设计 17
2.3.1 系统软件的总体设计 17
2.3.2 系统中各模块的功能概述 18
2.3.3 系统中各模块的关系 19
3 参数模块设计 21
3.1 参数模块的设计要求 21
3.2 参数模块的结构 21
3.3 参数设置模块的拓扑结构 22
3.4 参数设置模块的功能细分 23
3.5 参数设置模块的实现 24
4 软PLC模块的设计 27
4.1 软PLC技术及特点 27
4.2 软PLC模块的组成及工作流程 27
4.3 软PLC模块的变量设计 30
4.4 软PLC模块控制程序的设计 32
4.5 软PLC模块解释程序的设计 38
5 NC模块的设计 43
5.1 NC模块的功能描述 43
5.2 NC模块的程序流程 43
5.3 NC模块解释程序设计 45
5.3.1 数控加工程序的结构与格式 45
5.3.2 解释程序的实现 46
5.4 NC模块运动执行程序设计 51
5.5 实时多任务的实现 53
5.5.1 系统线程的总体设计 53
5.5.2 系统线程的具体实现 55
6 客户界面模块的设计 56
7 结论 63
参 考 文 献 64
在学研究成果 67
致 谢 68
关键词：开放式数控系统，模块化结构，运动控制器
参 考 文 献
[1] 王永章.机床的数控技术.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1995:1-3.
[2] 李诚人.机床计算机数控.西安：西北工业大学出版,1987:1-10.
[3] 张宏杰.基于PC的开放式数控系统的实现:（硕士学位论文）.大连:大连理工大学机械工程学院，2004:1-12.
[4] 王爱玲,张吉堂,吴雁.现代数控原理及控制系统.北京:国防工业出版社,2005:7-9.
[5] 周凯.数控原理、系统及应用.北京:机械工业出版社,2006:1-10.
[6] 郭艳玲.数控发展的趋势—开放式体系结构数控系统的研究.东北林业大学学报,2000,28（5）:148-150.
[7] Friderick M.Proctor. Open Architecture Control Systems and Standards. SPIE-The International Society for Optical Engineering,1996:45-55.
[8] Kolek,K. Real time simulation environment for control of high-speed unstable mechanical systems.IEE Proceeding of the Second International Symposium on Methods and Models in Automation and Robotic,1995,l（1）:413-418.
[9] 戴晓华.开放式数控研究综述.组合机床与自动化加工技术,2000,31（11）:18-20.
[10] 朴英锡,石玉祥.综观开放式数控系统.磨床与磨削,2000,23（7）:28-32.
[11] 章富元,方江龙,汤季安.对我国数控技术发展的思考.中国机械工程,1999,10（10）:1100-1103.
[12] 林拜鸿.开放式体系结构数控系统两个应用研究的问题.中国机械工程,1998,8（9）:26-29.
[13] 周德俭,吴兆华,陈子辰.使用PC的开放式计算机数控系统——CNC的发展新动向.机电一体化,1997,5（1）:14-16.
[14] 童教陛.以PC为基础的CNC及其开放性.世界制造技术与装备市场,1997,6（2）:51-53.
[15] Hager,G.J.Integrated motion and programmable logic control cuts system cost . IEE Power Conversion&Intelligent Motion,l996,22（4）:42-46.
[16] 陈志强,吴祖育,梁建刚.开放式数控系统体系结构的研究.机电一体化,1997,6（4）:13-15.
[17] 刘德平,李欣生,候伯杰.开放式数控系统研究.机械与电子,1998,9（6）:9-11.
[18] Prischow G .Open Controller Architecture – Past,Present and Future. Annals of the CIRP,2001,11（6）:50.
[19] 张署.新一代开放式数控系统.新技术新工艺,2005,13（3）:5-7.
[20] 申丽国.国外数控机床的研究动向及发展趋势.机械工业自动化,1996,31（2）:15-19.
[21] Ellis,George.Comparison of Drive and Controlled Architecture:SERCOS and Analog. present at PCIM,1998,8（2）:78.
[22] 冯勇.现代计算机数控系统.北京:机械工业出版社,1999:10-15.
[23] 福大伟,刘瑞素.数控系统.北京:化学工业出版社,2005:228-234.
[24] 张学成.基于PMAC运动控制器的开放式数控系统研究:(硕士论文).长沙:国防科学技术大学,2002:3-5.
[25] Kynast R.Digital Drive Interface.SERCOS Interface,2004,12（4）:10-13.
[26] Specification SERCOS Interface.Interests Group SERCOS e. V,2001,6（11）:25-28.
[28] 吴祖育,秦鹏飞.数控机床.上海:上海科学技术出版社,1991:1-10.
[29] 毕承恩.现代数控机床.北京:机械工业出版社,1991:1-8.
[30] 王立松,苏宝库,董申等.可编程多轴控制器的开放式数控系统.计算机集成制造系统,2002,13(1):69-72.
[31] 唐小会.基于PC的开放式数控系统的研究与开发:(硕士论文).成都:电子科技大学,2003.
[32] 富历新,肖蕾,董春.低成本的开放型八轴运动控制器.制造技术与机床,2001,21(1)：23-25.
[33] Galil Motion Control,lnc.DMC-2182 USER MANUAL,2003.
[34] Galil Motion Control,lnc.DMC-2182 Command Reference,2003.
[35] Bgm.-Dr.-Nebel-Str.Rexroth Indramat GmbH.Parameter Description 19VRS. Germany,
2005.
[36] 杨昌昆.可编程控制器发展趋势概述.基础自动化,1998,13（2）:1-4.
[37] Dave Gee.The visual logic controller.Steeplechase Software inc,1995.
[38] 福大伟,刘瑞素.数控系统.北京:化学工业出版社,2005:146-152.
[39] 罗学科.典型数控系统及其应用.北京:化学工业出版社,2006:122-124.
[40] 潘子杰.基于开放式数控系统的软PLC的研究:(硕士论文).北京:北京工业大学,2002:20-46.
[41] 黄江海.PLC软件集成开发环境的设计和实现:(硕士论文).北京:北方工业大学,2004:61-63.
[42] 张幸儿.计算机编译原理(第二版).北京:科学出版社,1999:10-54.
[43] 颜声远.数控机床界面设计原则出探.机床与液压,2004,32（12）:118-119.
摘 要
随着现代制造业的快速发展，传统数控系统兼容性差、功能不易扩展、人机界面不灵活等缺点日益显现，数控系统的开放化已成为数控技术的主流。开放式数控系统的研究目的是开发一种模块化、可重构、可扩充的控制系统结构，以增强数控系统的功能柔性，在体系结构上给用户二次开发留有更多的余地，从而快速地响应新的加工需求。
本文阐述了数控技术的发展过程，介绍了国内外开放式数控系统的发展现状和发展趋势，指出研究和开发开放式数控系统的必要性。在分析目前应用比较广泛的OSACA开放式体系结构的基础上，建立了基于PC+运动控制器的开放式数控系统的软硬件结构，并重点介绍了系统软件的构成与实现。系统软件设计采用模块化结构，如：总体调度模块、参数模块、软PLC模块、NC模块，客户界面模块等。各个模块之间通过标准的接口协调工作，共同完成数控系统的功能。该系统是一个能够同时完成程序译码、插补运算、系统管理、伺服控制等任务的控制系统，具备了一般商用数控系统的通用功能。如果需要对系统的功能进行调整，只需要增减功能模块即可，体现出了系统开放性、灵活性的特点。
最后以系统研究为背景，将开发出的数控系统应用在铣床数控化改造中。实践证明，以工控机和运动控制器为控制系统的核心控制器，不仅可以大大的简化系统的开发周期，实现资源的合理配置，而且，系统开发者和机床用户可以将自己的特殊的加工工艺、管理经验和操作技能纳入控制系统形成自己的产品特色。
目 录
摘 要 I
Abstract II
1 绪论 1
1.1 数控系统的发展概况 1
1.2 开放式数控系统概述 2
1.2.1 开放式数控系统的定义 2
1.2.2 开放式数控系统的特点 3
1.2.3 开放式数控系统的体系结构 3
1.3 开放式数控系统的发展 7
1.3.1 国外开放式数控系统的发展状况 7
1.3.2 国内开放式数控系统的发展状况 9
1.4 课题的产生及意义 11
1.5 课题的研究方法和内容 12
2 数控系统的总体设计 13
2.1 系统的设计目标 13
2.2 数控系统硬件结构设计 13
2.2.1 系统硬件的总体设计及实现 13
2.2.2 工控机的选型 15
2.2.3 运动控制器的选型 16
2.3 数控系统软件结构设计 17
2.3.1 系统软件的总体设计 17
2.3.2 系统中各模块的功能概述 18
2.3.3 系统中各模块的关系 19
3 参数模块设计 21
3.1 参数模块的设计要求 21
3.2 参数模块的结构 21
3.3 参数设置模块的拓扑结构 22
3.4 参数设置模块的功能细分 23
3.5 参数设置模块的实现 24
4 软PLC模块的设计 27
4.1 软PLC技术及特点 27
4.2 软PLC模块的组成及工作流程 27
4.3 软PLC模块的变量设计 30
4.4 软PLC模块控制程序的设计 32
4.5 软PLC模块解释程序的设计 38
5 NC模块的设计 43
5.1 NC模块的功能描述 43
5.2 NC模块的程序流程 43
5.3 NC模块解释程序设计 45
5.3.1 数控加工程序的结构与格式 45
5.3.2 解释程序的实现 46
5.4 NC模块运动执行程序设计 51
5.5 实时多任务的实现 53
5.5.1 系统线程的总体设计 53
5.5.2 系统线程的具体实现 55
6 客户界面模块的设计 56
7 结论 63
参 考 文 献 64
在学研究成果 67
致 谢 68
关键词：开放式数控系统，模块化结构，运动控制器
参 考 文 献
[1] 王永章.机床的数控技术.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1995:1-3.
[2] 李诚人.机床计算机数控.西安：西北工业大学出版,1987:1-10.
[3] 张宏杰.基于PC的开放式数控系统的实现:（硕士学位论文）.大连:大连理工大学机械工程学院，2004:1-12.
[4] 王爱玲,张吉堂,吴雁.现代数控原理及控制系统.北京:国防工业出版社,2005:7-9.
[5] 周凯.数控原理、系统及应用.北京:机械工业出版社,2006:1-10.
[6] 郭艳玲.数控发展的趋势—开放式体系结构数控系统的研究.东北林业大学学报,2000,28（5）:148-150.
[7] Friderick M.Proctor. Open Architecture Control Systems and Standards. SPIE-The International Society for Optical Engineering,1996:45-55.
[8] Kolek,K. Real time simulation environment for control of high-speed unstable mechanical systems.IEE Proceeding of the Second International Symposium on Methods and Models in Automation and Robotic,1995,l（1）:413-418.
[9] 戴晓华.开放式数控研究综述.组合机床与自动化加工技术,2000,31（11）:18-20.
[10] 朴英锡,石玉祥.综观开放式数控系统.磨床与磨削,2000,23（7）:28-32.
[11] 章富元,方江龙,汤季安.对我国数控技术发展的思考.中国机械工程,1999,10（10）:1100-1103.
[12] 林拜鸿.开放式体系结构数控系统两个应用研究的问题.中国机械工程,1998,8（9）:26-29.
[13] 周德俭,吴兆华,陈子辰.使用PC的开放式计算机数控系统——CNC的发展新动向.机电一体化,1997,5（1）:14-16.
[14] 童教陛.以PC为基础的CNC及其开放性.世界制造技术与装备市场,1997,6（2）:51-53.
[15] Hager,G.J.Integrated motion and programmable logic control cuts system cost . IEE Power Conversion&Intelligent Motion,l996,22（4）:42-46.
[16] 陈志强,吴祖育,梁建刚.开放式数控系统体系结构的研究.机电一体化,1997,6（4）:13-15.
[17] 刘德平,李欣生,候伯杰.开放式数控系统研究.机械与电子,1998,9（6）:9-11.
[18] Prischow G .Open Controller Architecture – Past,Present and Future. Annals of the CIRP,2001,11（6）:50.
[19] 张署.新一代开放式数控系统.新技术新工艺,2005,13（3）:5-7.
[20] 申丽国.国外数控机床的研究动向及发展趋势.机械工业自动化,1996,31（2）:15-19.
[21] Ellis,George.Comparison of Drive and Controlled Architecture:SERCOS and Analog. present at PCIM,1998,8（2）:78.
[22] 冯勇.现代计算机数控系统.北京:机械工业出版社,1999:10-15.
[23] 福大伟,刘瑞素.数控系统.北京:化学工业出版社,2005:228-234.
[24] 张学成.基于PMAC运动控制器的开放式数控系统研究:(硕士论文).长沙:国防科学技术大学,2002:3-5.
[25] Kynast R.Digital Drive Interface.SERCOS Interface,2004,12（4）:10-13.
[26] Specification SERCOS Interface.Interests Group SERCOS e. V,2001,6（11）:25-28.
[28] 吴祖育,秦鹏飞.数控机床.上海:上海科学技术出版社,1991:1-10.
[29] 毕承恩.现代数控机床.北京:机械工业出版社,1991:1-8.
[30] 王立松,苏宝库,董申等.可编程多轴控制器的开放式数控系统.计算机集成制造系统,2002,13(1):69-72.
[31] 唐小会.基于PC的开放式数控系统的研究与开发:(硕士论文).成都:电子科技大学,2003.
[32] 富历新,肖蕾,董春.低成本的开放型八轴运动控制器.制造技术与机床,2001,21(1)：23-25.
[33] Galil Motion Control,lnc.DMC-2182 USER MANUAL,2003.
[34] Galil Motion Control,lnc.DMC-2182 Command Reference,2003.
[35] Bgm.-Dr.-Nebel-Str.Rexroth Indramat GmbH.Parameter Description 19VRS. Germany,
2005.
[36] 杨昌昆.可编程控制器发展趋势概述.基础自动化,1998,13（2）:1-4.
[37] Dave Gee.The visual logic controller.Steeplechase Software inc,1995.
[38] 福大伟,刘瑞素.数控系统.北京:化学工业出版社,2005:146-152.
[39] 罗学科.典型数控系统及其应用.北京:化学工业出版社,2006:122-124.
[40] 潘子杰.基于开放式数控系统的软PLC的研究:(硕士论文).北京:北京工业大学,2002:20-46.
[41] 黄江海.PLC软件集成开发环境的设计和实现:(硕士论文).北京:北方工业大学,2004:61-63.
[42] 张幸儿.计算机编译原理(第二版).北京:科学出版社,1999:10-54.
[43] 颜声远.数控机床界面设计原则出探.机床与液压,2004,32（12）:118-119.
