一種數控系統下位機以及其對數控設備控制的方法技術方案

本發明專利技術提供了一種數控系統下位機，包括一FPGA芯片，所述FPGA芯片內設置有USB接口模塊、數據流控制模塊、模擬量控制模塊、繼電器控制模塊和多軸電機控制模塊；USB接口模塊與上位機和數據流控制模塊相連；模擬量控制模塊、繼電器控制模塊和多軸電機控制模塊均與數據流控制模塊相連。本發明專利技術所述的數控系統下位機利用現場可編程門陣列技術，將整個數據緩存卡數字控制器包括數據流控制、多軸電機控制、USB接口、繼電器控制以及模擬量控制電路全集成在單一芯片中，使得控制電路的尺寸減小、元器件減少、可靠性得到提高。本發明專利技術還同時提供了一種數控系統下位機實現對數控設備控制的方法。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于數控系統領域，具體涉及一種數控系統下位機。
技術介紹
數控系統是數字控制系統簡稱，早期是由硬件電路構成的稱為硬件數控，19世紀70年代以后，硬件電路元件逐步由專用的計算機代替稱為計算機數控系統。計算機數控(Computerized numerical control,簡稱CNC)系統是用計算機控制加工功能,實現數值控制的系統。計算機數控系統是根據計算機存 儲器中存儲的控制程序，執行部分或全部數值控制功能，并配有接口電路和伺服驅動裝置的專用計算機系統。計算機數控系統的硬件一般由數控裝置、輸入/輸出裝置、驅動裝置和機床電器邏輯控制裝置等組成。目前常規的數控系統下位機基本都是針對不同的功能模塊采用不同的獨立電路完成，這樣使得電路設計繁瑣，模塊間通信互聯復雜，電路板面積增加，工作可靠性降低。
技術實現思路
本專利技術針對上述現有技術的不足，提供了一種數控系統下位機；該數控系統下位機以FPGA為核心，電路設計簡單，模塊間通信在片內完成，電路板面積小，系統可靠性高。本專利技術還同時提供了一種數控系統下位機對數控設備控制的方法。本專利技術是通過如下技術方案實現的 一種數控系統下位機，包括一 FPGA芯片，所述FPGA芯片內設置有USB接口模塊、數據流控制模塊、模擬量控制模塊、繼電器控制模塊和多軸電機控制模塊； USB接口模塊，用于通過USB總線進行數據收發，以實現與數控系統上位機的通信； 多軸電機控制模塊，用于以并行方式控制多軸伺服電機控制器； 數據流控制模塊，用于以脫機模式或流模式對加工數據流進行控制；所述脫機模式是指下位機在接收并存儲上位機發送的加工數據流之后,再把加工數據流通過多軸電機控制模塊發送給各軸的伺服電機控制器；所述流模式是指下位機在接收上位機發送的加工數據流的同時，把加工數據流通過多軸電機控制模塊發送給各軸的伺服電機控制器； 模擬量控制模塊，用于接收外圍模擬量的輸入和設置外圍模擬量的輸出； 繼電器控制模塊，用于對數控系統的開關元件的工作與否進行時序控制； USB接口模塊與上位機和數據流控制模塊相連；模擬量控制模塊、繼電器控制模塊和多軸電機控制模塊均與數據流控制模塊相連。進一步的，所述數控系統下位機還包括SD存儲卡，所述SD存儲卡用于存儲脫機模式下的加工數據流。進一步的，所述FPGA芯片內還設置有保護功能控制模塊，保護功能控制模塊與據流控制模塊相連。進一步的，所述多軸電機控制模塊包括多個單軸伺服電機控制器子模塊。進一步的，所述開關元件包括磨料閥、噴嘴、泄流閥和高壓泵。本專利技術還同時提供了一種數控系統下位機實現對數控設備控制的方法，包括以下步驟 (1)通過USB接口模塊與數控系統上位機建立連接； (2)通過USB接口模塊接收上位機發送的控制數據和控制命令； (3)若當前的工作方式為脫機模式，則判斷控制命令 控制命令為“啟動”，則判斷下位機內是否存儲有控制數據，若有，則將控制數據發送給各軸驅動器以及與數控系統的開關元件相連的繼電器；若沒有，則不做操作； 控制命令為“暫停”，則停止控制數據的發送，并記錄控制數據運行的實時位置； (4)若當前的工作方式為流模式，則判斷控制命令 控制命令為“啟動”，則實時將接收到的控制數據發送給各軸驅動器以及與數控系統的開關元件相連的繼電器； 控制命令為“暫停”，則清除緩沖數據，停止控制數據的發送； (5)返回步驟(2)。本專利技術所述的數控系統下位機利用現場可編程門陣列技術，將整個數據緩存卡數字控制器包括數據流控制、多軸電機控制、USB接口、繼電器控制以及模擬量控制電路全集成在單一芯片中，使得控制電路的尺寸減小、元器件減少、可靠性得到提高。附圖說明圖I為本專利技術所述數控系統下位機的結構框圖。具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術做進一步詳細的說明。如圖I所示，本專利技術提供了一種數控系統下位機，包括一 FPGA芯片，所述FPGA芯片內設置有USB接口模塊、數據流控制模塊、模擬量控制模塊、繼電器控制模塊和多軸電機控制模塊。USB接口模塊與上位機和數據流控制模塊相連；模擬量控制模塊、繼電器控制模塊和多軸電機控制模塊均與數據流控制模塊相連。USB接口模塊，用于通過USB總線進行數據收發，以實現與數控系統上位機的通信；USB接口模塊完成數據收發功能時，接收和發送分別申請獨立的FIFO，接收數據由USB芯片直接寫入FPGA芯片上FIFO，發送數據直接寫入片上FIFO，由USB自動收發數據管理。多軸電機控制模塊，用于以并行方式控制多軸伺服電機控制器；本專利技術利用硬件描述語言，采用IP設計思想，設計了伺服電機控制接口 IP核，完成獨立一路伺服電機控制器硬件電路實現，從而通過復制的方式構建多軸步進電機控制器的可編程片上系統，其擴展方便、可移植性高、具有廣泛的適用性。本專利技術所述多軸電機控制模塊優選通過多個單軸伺服電機控制器子模塊實現，當然也可以只通過一個總控制模塊來實現。數據流控制模塊，用于以脫機模式或流模式對加工數據流進行控制；所述脫機模式是指下位機在接收并存儲上位機發送的加工數據流之后，再把加工數據流通過多軸電機控制模塊發送給各軸的伺服電機控制器；所述流模式是指下位機在接收上位機發送的加工數據流的同時，把加工數據流通過多軸電機控制模塊發送給各軸的伺服電機控制器；在脫機模式下，加工數據流存儲在下位機內，用戶可以直接啟動數控設備，從下位機獲取加工數據，而脫離上位機獨立運行。從而可以減少用戶數據處理單元的硬件投入，方便用戶建立加工中心。模擬量控制模塊，用于接收外圍模擬量的輸入和設置外圍模擬量的輸出； 繼電器控制模塊，用于對數控系統的開關元件的工作與否進行時序控制；對于高能束水道數據系統而言，所述開關元件包括磨料閥、噴嘴、泄流閥和高壓泵等。為了便于存儲存儲脫機模式下的加工數據流，所述數控系統下位機還包括SD存儲卡，所述SD存儲卡用于存儲脫機模式下的加工數據流。當然本專利技術也可以采用其他存儲介質代替SD存儲卡，在流模式下可以不采用SD存儲卡。為了能夠在外圍連接設備異常時，及時可靠的保護設備及人身安全，所述FPGA芯片內還設置有保護功能控制模塊，保護功能控制模塊與數據流控制模塊相連。在高壓泵氣壓過高或者欠壓、磨料不足等影響設備正常工作時啟動保護功能控制模塊，檢測到上述任 一情況發生時，停止設備運行。本專利技術還同時提供了一種數控系統下位機實現對數控設備控制的方法，包括以下步驟 (I)通過USB接口模塊與數控系統上位機建立連接； 下位機運行前，首先需要上位機安裝USB驅動程序以識別下位機，然后上位機與下位機之間通過FPGA芯片的接收FIFO和發送FIFO進行數據交換，上位機下發數據，在發送FIFO非滿的情況下，可以對發送FIFO進行寫入操作，如果上位機檢測到FPGA芯片的接收FIFO非空，則可以對接收FIFO進行讀取操作。由于加工數據以及指令都是數據流來實現，在進入接收后2ms內未收到完整數據，則視為超時，自動丟棄已接收到數據，回傳對應命令失敗應答，若下位機未檢測到對應的命令，不做響應。(2)通過USB接口模塊接收上位機發送的控制數據和控制命令；所述的控制命令包括啟動、暫停等，控制數據是指加工數據流。(3)若當前的工作方式為脫機模式，則判斷控制命令 控制命令為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種數控系統下位機，其特征在于，包括一FPGA芯片，所述FPGA芯片內設置有USB接口模塊、數據流控制模塊、模擬量控制模塊、繼電器控制模塊和多軸電機控制模塊；USB接口模塊，用于通過USB總線進行數據收發，以實現與數控系統上位機的通信；多軸電機控制模塊，用于以并行方式控制多軸伺服電機控制器；數據流控制模塊，用于以脫機模式或流模式對加工數據流進行控制；所述脫機模式是指下位機在接收并存儲上位機發送的加工數據流之后，再把加工數據流通過多軸電機控制模塊發送給各軸的伺服電機控制器；所述流模式是指下位機在接收上位機發送的加工數據流的同時，把加工數據流通過多軸電機控制模塊發送給各軸的伺服電機控制器；模擬量控制模塊，用于接收外圍模擬量的輸入和設置外圍模擬量的輸出；繼電器控制模塊，用于對數控系統的開關元件的工作與否進行時序控制；USB接口模塊與上位機和數據流控制模塊相連；模擬量控制模塊、繼電器控制模塊和多軸電機控制模塊均與數據流控制模塊相連。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：翟波，曾繼躍，張仕進，
申請(專利權)人：浙江宇宙智能設備有限公司，
類型：發明
國別省市：