CNC系统软件的总体结构

2014-11-28 16:07 作者:管理员11 来源:未知 浏览: 字号:

摘要:CNC系统软件的总体结构 一般而言,软件结构首先要受到硬件结构的限 制,但软件结构也有其独立性,对于同样的硬件结 构,可以配置不同的软件结构。 CNC系统是一个实时的计算机控制系统,其数 控功能是由各种子程序实现的。不同的系统软件结 构对这些子程序的安

CNC系统软件的总体结构
    一般而言,软件结构首先要受到硬件结构的限
制,但软件结构也有其独立性,对于同样的硬件结
构,可以配置不同的软件结构。
    CNC系统是一个实时的计算机控制系统,其数
控功能是由各种子程序实现的。不同的系统软件结
构对这些子程序的安排不同,管理方式也不同。在
单CPU的数控系统中,常采用前后台型或多重中断
型软件结构;在多CPU数控系统中,各CPU分别承
担一定的任务,因而具有很高的并行处理能力,它
们之间的通信依靠共享总线或共享存储器进行协调。
其中的单个CPU仍然采用前后台型或多重中断型软
件结构,如果单个CPU承担的任务比较单一,该
CPU的软件也许只是循环往复式的结构,即顺序执
行程序。
1前后台型软件
    前后台型软件结构把整个CNC系统软件分为前
台程序和后台程序。前台程序为实时中断程序,几乎
承担全部实时任务,实现插补运算、位置控制和机床
逻辑开关控制等实时功能;后台程序又称背景程序,
是一个循环运行的程序,顺序安排非实时性或实时性
要求不高的的子程序,如数控加工程序的输入、译码
和数据处理,以及各项管理任务。后台程序运行的过
程中,实时中断程序不断插入,与后台程序相配合共
同完成零件加工任务。后台程序按一定的协议向前台
程序发送数据,同时前台程序向后台程序提供显示数
据及系统运行状态。
    前后台型软件结构的缺点是程序模块间依赖关系
复杂,功能扩展困难,协调性差,程序运行时资源不
能合理协调。例如,当插补运算没有数据时,若后台
程序正在进行图形显示,则使插补处于等待状态,只
有当图形显示处理完,CPU才能有时间进行擂补准
备,向擂补预处理缓冲区写数据,这样会产生停滞。
    美国A-B公司的7630数控系统软件就采用了前
后台型软件结构,其简化的系统软件结构如图28.6-5
所示。系统启动后,首先进人系统初始化模块,经过
系统初始化后,再进人背景程序的循环中,在背景程
序的循环中,实时中断程序不断插入。
    (1)背景程序
    背景程序是计算机的主程序,主要功能是根据控
制面板上的开关命令,确定系统工作方式,并进行任
务调度,以便为键盘、单段、自动、手动四种工作方
式服务。系统启动后,立即执行系统初始化程序,包
括设置中断人口、机床参数、清除位置枪测组件缓冲
器等功能,然后系统自动进人紧停状态,操作人员按
下紧停复位按扭后,系统实行控制装置总清除,接着
启动背景程序,按照操作人员所确定的方式(四种
工作方式之一),进人相应的服务程序。
A-B7360数控系统的软件结构
    1)键盘方式通过键盘命令来实现数据输入、
零件程序编辑和MDI程序输入。数据输入以键盘中
断方式实现。当通过键盘送入数据时,屏幕上显示输
入数据,待按下“发送”健时,键盘方式服务程序
立即要求处理该数据,屏幕的显示被清除,然后返回
键盘工作方式。
    2)自动和单段方式按程序段对零件进行加工
的方式,在执行完一个程序段后,“单段”方式器要
设置“循环停”,待再次按下“循环启动”按键才执
行下一程序段。而“自动”方式不需设置“循环
停”,自动进入下一个程序段的循环,直至整个零件
程序执行完为止。
    3)手动方式用来处理对坐标轴的点动和返回
机床原点的操作,实时中断程序根据操作入员在控制
面板上设定的操作命令,产生相应的点动速度和点动
进给增量。在处理循环中,手动服务程序通过位置控
制程序实现坐标轴运动,每次处理后即返回手动工作
方式。
    (2)中断服务程序
    7630系统的实时过程控制是通过中断方式来实
现的,设里了5级中断,由计算机硬件加以控制,如
表28.6-1所示。
A-B7360系统中断功能表
    在各种中断中,非屏蔽中断只在掉电和系统故障
时发生,阅读机中断仅在启动阅读机输入数控加工程
序时发生,健盘中断占用的系统时间非常短,因此
10.24ms实时时钟中断是系统的核心,其实时控制任
务包括擂补运算、位置控制、面板扫描、机床逻辑处
理和实时诊断等。系统采用的数字采样擂补方法是扩
展DDA法,粗插补周期为10.24ms,粗擂补结果由
位置伺服控制系统进一步实行精插补。位置何服控制
系统由软硬件共同完成。在每个10. 24m。时钟中断服
务结束前.经过插补运算算出下一个周期各坐标的位
置增盆,在下一个10.24m.定时时钟中断服务开始
时,位里检测系统对各坐标轴实际位置增量进行采
样,将各坐标值与插补运算求得的位置增最值相比
较,计算出跟0误差和系统增益,二者相乘生成系统
速度指令输出给位置控制系统硬件,经O/A转换后
作为进给速度指令驭动各坐标轴伺服电动机运行。
2多重中断型软件结构
    (1)中断安排
    在采用多重中断型软件结构的CNC系统软件中,
除了开机初始化外,数控加工程序的输入、预处理、
插补、辅助功能的实现及位置何服控制,通过数控面
板、机床面板等交互设备进行的数据输入和显示等各
功能子程序均被安排在级别不同的中断服务程序中,
整个软件是一个大的中断系统,系统管理功能是依靠
各中断程序间的数据传输实现。
    一个典型的多重中断型CNC系统软件中各级中
断安排如表28.6一所示。其中断有两种来浑:一种
是由时钟或其他外部设备产生的中断请求信号,称为
硬件中断,如1, 4, 6, 7, 8, 9, 10级中断;另一
种是由程序产生的中断信号,称为软件中断,这时由
2ms的实时时钟在软件中分颇得出2, 3, 5级中断。
硬件中断请求又称外中断,要接受中断控制器In-
tel8259A的统一管理,由中断控制器进行优先排队和
嵌套处理;而软件中断是由软件中断指令产生的中
断,每出现4次2m。时钟中断,就产生第5级8m。软
件中断,每出现8次2m。时钟中断,就分别产生第3
级和第2级的16m。软件中断,各软件中断的优先顺
序由程序决定。因为软件中断有既不使用中断控制
器,也不能被屏蔽的特点,因此应将软件中断的优先
级嵌入硬件中断的优先级中,当软件中断的服务开
始,要通过改变intel8259A屏蔽字的方法,动态调整
硬件中断的优先结构,开放比其优先级高的中断,屏
蔽比其优先级低的中断,软件中断返回前.恢复
1ntel8259A初始屏蔽状态。
多重中断型软件的中断功能1
多重中断型软件的中断功能2
    (2)工作过程简介
    用户开机后,系统首先进入初始化程序,进行系
统硬、软件初始化状态的设里,随后开中断,转入第
1级中断处理程序,进行屏幕显示和ROM检查。由
于第6级中断是2m。定时脉冲中断,所以系统很快进
入该中断处理程序,进行时钟分频工作,于是8m。和
16m。中断将轮流出现,但因为此时系统还没有开始
加工,各级软中断中有关加工的控制工作并不进行。
    当操作员通过机床操作面板选择了某一操作方式
后,由第3级中断处理程序识别出相应工作方式,建
立相应标志,并记录当前面板和键盘状态,进入第2
级中断,转入相应工作方式的处理程序。
    若选择了手动方式进行工作原点确定和对刀等工
作,经第2级中断处理程序相应分支的速度预处理
后,由第5级中断处理程序实现相应位移控制。
    若选择了MDI方式,进入第2级中断的MDI处
理程序分支之后,可对操作员通过键盘手动输入的各
种机床参数、刀具参数、数控加工程序段进行处理。
    若选择了某种自动加工方式,并按下机床操作面
板上的“循环启动”按钮后,进入第2级中断处理
程序相应分支的程序预处理工作,然后进入第5级中
断处理程序,进行擂补运算、自动升降速处理、位置
控制和各种补偿等实时加工处理。若本程序段插补前
有辅助功能要求,系统要等待第3级中断处理程序完
成这些辅助功能并设置相应标志后,才执行第5级中
断程序。此外,还有第1级中断的显示工作等将不断
循环,直到数控加工程序结束或加工停止信号出现为
止。
    (3)各级中断程序间的通信
    为了进行系统管理,多重中断系统软件结构采取
中断程序间通信的方式,其管理方式有以下几种。
    1)设置软件中断由表28.6-2可知,第2, 3,
5级中断都被设置成软件中断,将第6级中断设置成
硬件时钟中断,这样便把第2,3,5,6级中断都联
系起来了。
    2)设置标志标志是各程序之间相互通信的得
力工具。如在加工过程控制中“允许将程序缓冲区
BS内容送系统工作缓冲区AS"标志、“开放插补”
标志等,前者控制数控加工程序段预处理工作的开
始,后者控制辅助功能、插补功能和位置伺服控制等
的开始。
(责任编辑:laugh521521)
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