智能化数控加工单元的远程操作与控制系统

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 智能化数控加工单元的远程操作与 控制系统 摘要：随着社会的发展与进步， 重视智能化数控加工单元的远程操作与 控制系统 中国论文网 /2/view-12895208.htm 技术具有重要的意义。本文主要 探讨智能化数控加工单元的远程操作与 控制系统 的有关内容。 关键词:智能; 数控; 加工; 单元; 远程; 控制 Abstract: along with the development of social development and progress, and pay attention to the intelligent nc machining unit remote -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 operation and control system Technology has the vital significance. This paper mainly discusses the intelligent nc machining unit remote operation and control system Related content. Keywords: intelligence; Numerical control; Processing; Unit; The remote; control 中图分类号：TU71 文献标识码： A 文章编号： 引言 近几年，由于环境意识的普遍加 强， “生产环境的优化 ”以及 “操作者与制 造系统的分离” 等问题受到高度重视和 广泛研究.。基于以人为核心的思想，创 造宜人化的生产环境，成为制造系统发 展的一个基本方向，因此，在智能制造 系统中创造宜人化的生产环境显得尤为 重要。 1、数控智能化技术概况 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 目前，数控技术正在发生根本性 变革，由专用型封闭式开环控制模式向 通用型开放式实时动态全闭环控制模式 发展。某单位原有 W200T 落地镗、 T6916C 铣镗、T6216B 镗床等相关设备 还是采用 PIE、数显、数控的，程序手 工编制、加工精度低、切削速度慢、效 率低。在集成化方面，数控系统实现了 超薄型、超小型化；在智能化基础上， 综合了计算机、多媒体、模糊控制、神 经网络等多学科技术，数控系统实现了 高速、高精、高效控制，加工过程中可 以自动修正、调节与补偿各项参数，实 现了在线诊断和智能化故障处理；在网 络化基础上，CADCAM 与数控系统 集成为一体，机床联网，实现了中央集 中控制的群控加工。长期以来，我国的 数控系统为传统的封闭式体系结构， CNC 只能作为非智能的机床运动控制 器。加工过程变量根据经验以固定参数 形式事先设定，加工程序在实际加工前 用手工方式或通过 CADCAM 及自动 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 编程控制环节，整个制造过程中 CNC 只是一个封闭式的开环执行机构。在复 杂环境以及多变条件下，加工过程中的 刀具组合、工件材料、主轴转速、进给 速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加 工余量等加工参数，无法在现场环境下 根据外部干扰和随机因素实时动态调整， 更无法通过反馈控制环节随机修正 CADCAM 中的设定量，因而影响 CNC 的工作效率和产品加工质量。由 此可见，传统 CNC 系统的这种固定程 序控制模式和封闭式体系结构，限制了 CNC 向多变量智能化控制发展，已不 适应日益复杂的制造过程，因此，对数 控技术实行变革势在必行。 2、远程操作与控制系统的构成 21 远程操作与控制系统的组 成 本研究在 XHK5140 立式加工中 心上配置了远程操作与控制系统，该系 统由上位控制单元、下位控制单元以及 信号处理单元构成，见图 1。下位控制 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 单元作为智能化数控加工单元的近程控 制器，安放在加工现场，完成数控加工 基本任务，如插朴器、轴的运动控制器、 PIC 管理器等位于中央控制室的上位控 制单元是加工远程控制器，用于对加工 过程进行状态监控与作业管理，如刀具 磨破损监视、加工颤振的检测与抑制、 加工轨迹的生成与优化、加工作业的规 划与争占等上下位控制单元通过 RS232 一 C 标准串口连接，完成加工过程控制 参数与状态参数的数据交换。加工过程 舶传感信号(如切削力、切削功率、进 给电机电流等)由现场的信号处理单元 进行采集、调理，以及特征抽取信息融 合后传给上位控制单元作为其进行加工 行为规划与控制、加工作业管理的参考 依据。此外，加工现场的图像和声音信 号通过视频 音频信号采集设备传输给 中央控制室，以便远程操作者观测加工 现场 图 1 远程操作与控目系统 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 2.2 上下位控制单元的开放式结 构 开放式体系结构是数控加工系统 发展的必然趋势，尤其在智能化数控加 工系统中，其智能化程度直接依赖并受 制于数控系统的开放程度，因此，在智 能化数控加工单元的远程操作与控制系 统中，开放的体系结构是系统构造的一 个重要特性。远程操作与控制系统的开 放式结构见图 2 图 2 远程操作与控制系统的开放 式结构 在远程操作与控制系统中，上位 控制单元与下位控制单元具有相同的结 构。 (1)硬件层。 本文采用基于 PC 机的模块化结构。下位控制单元的硬件 层包括 ISA 总线工控 PC 机的基本系统、 主轴进给驱动的接口板与连接机床的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 IO 板等数控专用模板。上位控制单 元建立于一般 PC 机上。 (2)操作系统层 RTMRTOS 为 了确保通信的实时性。本文在 DOS 系 统平台上，开发了实时多任务管理内核 RTM RTOS。在数控加工过程中，下 位控制单元要执行插补、运动控制、 PIC 管理、数据通信等多个实时任务， 上位控制单元执行数据通信、状态汇报、 警报响应等实时任务。RTMRTOS 对 这些任务进行排序。产生任务队列 各 任务状态的变化见图 3。 图 3 RTM 对任务队列的管理 (3)实时数控通信层 RCNCRIMC 它是远程操作与控制系 统的核心。RCNC RIMC 负责建立、 维持和释放通信链路。并按照系统的通 信协议对通信数据进行封装、拆封、帧 校验，以及完成通信的管理。此外。 RCNCRIMC 还被用作上下位控制单 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 元内各应用程序模块问的数据通道。 (4)公共数据区。在数控加工过程 中，上下位控制单元内的各种应用程序 模块问会频繁地进行数据交换与访问。 为确保加工过程的控制参数与状态参数 实时、透明地传输，在本系统中采用 “黑板”技术，在上下位控制单元各建立 一个公共数据区 NCAREA 作为数据直 接读写、快速交换的“ 黑板 。 (5)应用程序接口 提供一套规范 化的功能模块与通信层之间的应用接口 函数，通过接口函数可以直接访问公共 数据区 NCAREA。 (6)系统配置单元。 系统配置单 元生成整个智能化数控加工单元的配置 文件，在系统配置文件中定义硬件的基 本参数或数据结构，定义软件模块问的 拓扑关系与时序关系。在下位控制单元 内，配置文件主要完成对数控系统的配 置 1）系统特征文件，该文件是基本系 统配置文件；2）轴管理文件，对系统 的轴插补器与轴伺服控制进行配置； -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 3）过程管理文件，对系统的工艺进行 配置 4）机床逻辑文件，配置数控系统 与机床的时序逻辑 5） 系统集成文件。 对不同应用程序模块问的拓扑逻辑及接 口进行配置。而在上位控制单元内的配 置文件如下：（1） 系统特征文件； （2） 系统集成文件。系统配置单元通 过更新系统配置文件，选择配置或删 除某些应用程序模块以适应系统 功能需求的改变实现系统 积木式” 集 成。 (7)应用程序模瑶建立在面向对象 的思想上将每个独立的软件功能模块 进行封装，使之能够在系统集成时实现 “即插即用”(plug andplay)。应用程序模 块问通过通信进行数据的传递与交换以 完成不同对象的协同作业。 3、远程操作与控制系统的工 作方式 基于上述开放式的系统结构，上 位控制单元利用通信协议所提供的命令， 可以以 3 种方式对下位控制单元进行远 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 程的操作与控制，见图 4 图 4 远程操作与控制的工作方式 (1)变量控制方式 上位控制单元 直接对加工过程的控制参数变量与状态 参数变量进行赋值，如图 4 中箭头 a 所 示。变量控制方式主要用于上层应用程 序模块对加工过程进行实时加工参数优 化，如加工过程自适应控制模块基于切 削力信号对主轴转速修调量和进给速度 修调量(见图 4 中的箭头 e)进行实时修 正。此外变量控制方式还用于实现操 作人员通过上位控制单元内的远程操作 键盘和远程界面及软吊挂系统进行远程 的手动操作(见图 4 中的箭头)，上位控 制单元发送操作或控制命令，改变加工 系统的状态参数和控制参数，完成诸如 加工方式选择、主轴转速及进给速度修 调量选择、进给保持、循环启动等操作。 (2)进程控制方式 上位控制单元 将部分 NC 程序或程序段嵌人当前执行 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 的 NC 程序中，如图 6 中箭头 b 所示。 进程控制方式类似于软件中断方式，主 要用于对加工过程异常的处理，例如在 加工过程中，刀具状态监视模块检测到 刀具即将发生破损时，上位控制单元立 刻发送进给保持或停机命令，并由加工 过程自修复模块征询策略库产生自修复 控制程序段以恢复加工过程，其中最为 简单的一组处理指令序列如下 停机、 保存当前加工状态、刀具按加工的逆序 退出、换刀、对刀、启动、刀具按加工 的顺序快速进给、从自修复模块的断点 保存堆栈弹出加工断点状态、恢夏加工。 (3)文件控制方式 上位控制单元 将一个完整的 NC 程序文件传输给下位 控制单元，如图 4 中箭头 c 所示。文件 传输方式主要用于上位控制单元根据任 务规划模块制定的加工作业计划下达加 工任务，以便下位控制单元执行。通过 3 种工作方式，一方面可以使操作人员 在远程宜人化的工作环境下对加工过程 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 进行方便快捷的操