基于PC機的開放式數控系統技術方案

基于ＰＣ機的開放式數控系統，它涉及一種基于Ｗｉｎｄｏｗｓ的數控系統，以解決現有基于Ｗｉｎｄｏｗｓ的數控系統存在的實時性較差、開發成本較高以及基于ＷＩＮＣＥ的數控系統存在的軟硬件兼容性較差的問題。本發明專利技術的實時調度模塊用于建立ＰＣ機和硬件接口板之間的連接、調度實時任務；ＣＮＣ模塊用于在ＰＣ機的內存中建立共享內存區以及與實時調度模塊連接，并通過實時調度模塊調度實時任務來實現位置控制功能；ＰＬＣ模塊通過實時調度模塊調度實時任務來實現邏輯控制功能；人機界面模塊將輸入的路徑程序、設置的運行方式、進行系統的數據配置傳送給實時任務并將實時任務的執行結果顯示給用戶；實時調度模塊、ＣＮＣ模塊和ＰＬＣ模塊都嵌入在Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系統中，人機界面模塊是一個通用性的Ｗｉｎｄｏｗｓ程序。

Open CNC system based on PC

The open CNC system based on PC, which relates to a numerical control system based on Windows, to solve the existing real-time numerical control system of the Windows is poor, the development of high cost and poor compatibility between hardware and software based on the WINCE numerical control system based. The real-time scheduling module of the invention is used for connecting and scheduling real-time tasks is established between PC and hardware interface board; the CNC module is used to establish a shared memory area in PC's memory and connection with real-time scheduling module, and through real-time scheduling module and real-time scheduling tasks to achieve position control function; the PLC module to realize the real-time task scheduling the logic control function by real-time scheduling module; man-machine interface module will enter the path of the program, set the operation mode, the system configuration data transmitted to the real-time tasks and real-time task execution results to the user; real-time scheduling module, CNC module and PLC module are embedded in the Windows operating system is a man-machine interface module a general Windows program.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種基于Windows操作系統的數控系統。
技術介紹
目前，Windows系列操作系統在PC機上占據著統治地位，它標準美觀的 圖形用戶接口(GUI)、方便快捷的操作方式，不但已經被普通用戶所接受，而 且在工業應用領域內的用戶也越來越多。然而Windows是一個多任務的操作系統，PC機軟硬件資源被多個程序共 享，導致系統的實時性不好，如果系統資源被其它程序占用，CNC程序就無 法滿足實時性的要求，而CNC程序對實時性和連續性要求非常高，因此 Windows操作系統環境下很難保證實時性，難以應用在實時控制系統中。目前解決Windows實時性問題主要有以下兩種方式-(1) 使用專門的實時內核開發工具，如通用的RTX開發環境就能開發出實 時內核，但是這種開發環境往往價格都比較高，而且這種系統的實時性好壞 很大程度上取決于開發人員對開發環境的理解和掌握程度，如果用得不好反 而會影響系統的實時性；(2) 采用WINCE系統，這種操作系統能夠解決實時性的問題，但是它的 軟、硬件兼容性不好，尤其是系統中不能借用第三方的軟、硬件資源，如CAN 的通信功能就不能在WINCE系統上實現。
技術實現思路
本專利技術為解決現有的CNC系統存在的實時性較差、開發成本較高以及基 于WINCE的數控系統存在的軟硬件兼容性較差的問題，提供一種基于PC機 的開放式數控系統。本專利技術包括以下單元PC機1 ，所述PC機1基于Windows操作系統；數控設備2，用于接收PC機1發出的控制命令并完成數控加工的實時任 務的執行；硬件接口板3，用于建立PC機1和數控設備2之間的連接并作為中斷源產生停止PC機1其它任務、僅執行數控加工的實時任務的中斷信號；它還包括以下單元實時調度模塊4，用于建立PC機1和硬件接口板3之間的連接，調度數 控加工的實時任務并為實時任務分配優先級；CNC模塊5，通過實時調度模塊4調度實時任務來實現從零件加工程序 中產生數控機床刀具的運動路徑，管理程序緩沖區中存儲的零件加工程序、 編譯零件加工程序、工具路徑插補、軸位置控制、與實時調度模塊4通信， 并在PC機1的內存中建立共享內存區8以及與實時調度模塊4連接；PLC模塊6，通過實時調度模塊4調度的實時任務來完成開關量的邏輯控 制、模擬量控制和過程控制的功能；人機界面模塊7，通過共享內存區8輸入路徑程序、設置運行方式、進行 系統的數據配置，并通過共享內存區8接收數控加工的實時任務反饋的執行 結果，再將執行結果顯示給用戶；實時調度模塊4、 CNC模塊5和PLC模塊6都嵌入在Windows操作系統 中，人機界面模塊7是一個運行在用戶態的Windows程序。本專利技術的有益效果是基于Windows操作系統，不但具有響應較快、兼 容性較好、開發成本較低的特點，而且由實時調度模塊4為數控程序分配最 高的優先級，當硬件接口板3產生中斷時，數控程序可以獨占CPU的資源， 實現較高的實時性和可靠性，能夠更好的滿足機械加工中對控制精度的較高 要求。附圖說明圖1是本專利技術的整體結構示意圖。具體實施例方式具體實施方式一參見圖l，本實施方式包括以下單元 PC機1 ，所述PC機1基于Windows操作系統；數控設備2，用于接收PC機1發出的控制命令并完成數控加工的實時任 務的執行；硬件接口板3，用于建立PC機1和數控設備2之間的連接并作為中斷源 產生停止PC機1其它任務、僅執行數控加工的實時任務的中斷信號；它還包括以下單元CNC模塊5，通過實時調度模塊4調度實時任務來實現從零件加工程序中產生數控機床刀具的運動路徑，管理程序緩沖區中存儲的零件加工程序、編譯零件加工程序、工具路徑插補、軸位置控制、與實時調度模塊4通信， 并在PC機1的內存中建立共享內存區8以及與實時調度模塊4連接；PLC模塊6，通過實時調度模塊4調度的實時任務來完成開關量的邏輯控 制、模擬量控制和過程控制的功能；人機界面模塊7，通過共享內存區8輸入路徑程序、設置運行方式、進行 系統的數據配置，并通過共享內存區8接收數控加工的實時任務反饋的執行 結果，再將執行結果顯示給用戶；實時調度模塊4、 CNC模塊5和PLC模塊6都嵌入在Windows操作系統 中，人機界面模塊7是一個運行在用戶態的Windows程序。所述硬件接口板3可采用公開號為CN1818895的專利技術專利公開的串并綜 合型總線數據傳輸方法傳輸PC機1與數控設備2之間的數據；所述實時調度 模塊4是一個嵌入到PC機1中的Windows內核的驅動程序，由一個.EXE文 件作為初始進程，此初始進程導入整個的CNC模塊5的系統軟件，從注冊表 讀取系統配置和.IM文件來創建所有需要的程序，并在啟動程序前讀取所有的 共享文件；所述CNC模塊5用于從零件加工程序中產生數控機床刀具的運動 路徑，并管理程序緩沖區中存儲的零件加工程序、編譯零件加工程序、工具 路徑插補、軸位置控制、與PLC模塊6以及外部環境通信;所述PLC模塊6 用于實現邏輯控制功能、通過實時調度模塊4創建實時任務來完成所有的PLC 程序；所述人機界面模塊7是一個通用性的運行在用戶態下的Windows程序， 可以輸入路徑程序、設置運行方式、進行系統的數據配置等操作，輸入的數 據經過處理后送入共享內存區8，實時任務執行時從共享內存區8中讀取輸入 指令，并把相關運行結果送回共享內存區8，人機界面模塊7從共享內存區8 中讀取這些結果并顯示在界面上供操作者查詢；用戶還可以根據具體的要求 編寫第三方程序模塊9，第三方程序模塊9也是一個運行在用戶態的Windows 程序，用于為用戶提供其它的數控操作；人機界面模塊7和第三方程序模塊9 都作為Windows程序10運行，實施調度模塊4、 CNC模塊5和PLC模塊6都作為實時子系統ll運行。CNC模塊5和PLC模塊6都以計算機程序的形式存儲在PC機1中，并 采用共享映射存儲器的技術與人機界面模塊7之間進行通信，通過共享PC機 1的同一段內存區來實現數據的交換，通信區域包括以下幾個部分從人機界 面模塊7傳遞到CNC模塊5和PLC模塊6的數據和命令；從CNC模塊5和 PLC模塊6傳遞到人機界面模塊7的數據和命令；從CNC模塊5和PLC模 塊6傳遞到人機界面模塊7的用于顯示的軸位置、命令位置和實際位置的偏 差、路徑速度等；CNC模塊5和PLC模塊6之間的通信包括以下內容:來自 PLC模塊6的二進制信號、發送到PLC模塊6的二進制信號、NC參數、NC 修正、軸位置、命令等。CNC模塊5由編譯進程和插補進程組成。編譯進程由運行在核心態的編 譯任務和運行在用戶態的數據服務器線程組成；編譯任務的主要職責是編譯 NC程序并把信息轉化成插補器能夠理解的方式，編譯任務還完成偏移量和工 具長度修正，診斷，傳送插補進程的輸入輸出信息等功能；數據服務器線程 為所有的CNC程序的文件IO服務，數據服務器線程不是PA實時子系統的一 部分，當它進行文件操作的時候需要Windows API,因此它是作為標準 Windows 32用戶態線程來實現的；插補進程由插補任務和位置任務組成，插 補任務是由插補進程創建的，插補任務以固定周期工作，插補任務是CNC模 塊5的執行單元。位置任務和插補任務一樣，都是由硬件定時器產生的中斷 來啟動的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于ＰＣ機的開放式數控系統，它包括以下單元：ＰＣ機（１），所述ＰＣ機（１）基于Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系統；數控設備（２），用于接收ＰＣ機（１）發出的控制命令并完成數控加工的實時任務的執行；硬件接口板（３），用于建立ＰＣ機 （１）和數控設備（２）之間的連接并作為中斷源產生停止ＰＣ機（１）其它任務、僅執行數控加工的實時任務的中斷信號；其特征在于它還包括以下單元：ＣＮＣ模塊（５），通過實時調度模塊（４）調度實時任務來實現從零件加工程序中產生數控機床 刀具的運動路徑，管理程序緩沖區中存儲的零件加工程序、編譯零件加工程序、工具路徑插補、軸位置控制、與實時調度模塊（４）通信，并在ＰＣ機（１）的內存中建立共享內存區（８）以及與實時調度模塊（４）連接；ＰＬＣ模塊（６），通過實時調度模塊（ ４）調度的實時任務來完成開關量的邏輯控制、模擬量控制和過程控制的功能；人機界面模塊（７），通過共享內存區（８）輸入路徑程序、設置運行方式、進行系統的數據配置，并通過共享內存區（８）接收數控加工的實時任務反饋的執行結果，再將執行結果顯 示給用戶；實時調度模塊（４）、ＣＮＣ模塊（５）和ＰＬＣ模塊（６）都嵌入在Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系統中，人機界面模塊（７）是一個運行在用戶態的Ｗｉｎｄｏｗｓ程序。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李鳳閣，佟為明，李彬，楊鋒，唐貴杰，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：93[中國|哈爾濱]