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基于FX系列冲床控制系统设计,基于,FX,系列,冲床,控制系统,设计
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南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)外文资料翻译系部： 机械工程系 专 业： 机械工程及自动化 姓 名： 黄 静 学 号： 05010104 外文出处： Industrial Electronics, Control and Industrumental, 1991,IEEE 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语： 签名： 年 月 日附件1：外文资料翻译译文数控系统和PLC ：他们是同一个机器工具？摘要计算机数控控制器（数控）设计传统方法为将该体系结构划分为三个部分，分别为：可编程逻辑控制器（ PLC ） ，一个黑匣子，可以称为数控装置执行器（ CNCD）和一个包括CNC轴控制器和控制轴的综合实体。本文阐述了该结构的缺点，然后提出一种新的数控系统。我们得出结论，即CNC不过是一个发展的PLC装置。PLC的体系结构可编程控制器的结构传统上有两个部分组成：控制台和执行机构。控制台为操作员提供了一个“人机界面”来进行交互式设计编程，并且由于这个原因，它不受实时限制。执行机构控制基本任务的调度，该任务能够使得PLC进行工作并且确保相关的的时限。执行机构启动和管理不同的周期性的循环动作。控制台的目的是“人机界面”而执行机构目的是“调度”。在大多数情况下，可以指出， PLC的主要目的是独立工作，也就是说，不用控制台。数控装置运用使用从所有机床应用中主要呈现三种使用类型：本地使用，直接数字控制使用和远程使用。在本地使用中，操作员就站在机床附近。他直接输入命令，并通过控制旋钮和按钮，来控制机床和加工过程。他也可以创建和编辑工具描述器和部分程序，就是那些最新的ISO数控代码或类似的代码程序。零件的设计和辅助制造在本文也可以实现，尽管这些工作可能不是很适合机床周围比较差的环境（如噪音，高温，多尘） 。直接数字控制使用增加了下载（上传）主机文件功能部分，主机集中了各部分程序，即可以被看作是一个文件服务器; 那些操作仍让受控于处于机床旁边的一个操作员。在某些情况下，需提供一个邮件服务器，使得远距离的操作员之间可能用邮件联系彼此。这种DNC除了能够将零件程序和工件描述器传送给文件服务器外，其使用类型与本地数控系统基本相似。第三类使用主要集中于灵活生产和自我维护说明。它能够对数控装置提供一个充分远程控制。数控系统必须管理和检测工具和部件。一方面来发送收集到的充分内部信息，该信息报告了CNC装置操作的状态。另一方面来接收控制命令，最后与外部设备保持同步。所有这些新功能包含了一些重要问题，那就是创造出新的机会来确定新的概念，如，“工作观念”，但是这不是这篇文章的主要目的，所以这里就不做介绍了。从第三类使用中，得到一个非常重要的事实就是在柔性制造中，数控系统的人机界面不是特别有用，因为人机界面只是操作员用来进行设备维护的。事实上，在柔性制造环境中，数控系统需要操作的重要部分是执行部分。现在我们可以说，我们的主要目标是建立这样的一个结构框架，该框架能够完成这三类使用所有的需求。数控设计修订：双实体结构基于上文开发系统考虑，本文把整个数控系统体系结构分成两个部分：控制台和执行部件。控制台的目的是用作一个复杂的人机界面或者演变终端。执行机构的目的是控制加工过程。严格的说，在柔性制造环境中，执行装置的存在不是必须的。事实上，CNC装置控制和决策的智能都集中在执行机构中，因此创建了一种只有一On / Off开关和紧急停止按钮的黑匣子。控制台的基本要求包括下列的功能：l 显示加工参数。l 在数控的ISO代码中创建，显示和编辑部分编写的程序。l 创建，显示和编辑工具描述符。l 为零件程序提供辅助图形工具。l 以永久的方式（硬盘）存放的部分程序和工具描述符。l 调整辅助设备的自动装置和显示它们的状态（在数控配置阶段）。l 调整主轴控制器的参数。l 设置执行部分的配置参数。l 在执行机构中加载一项任务。l 显示和存储将要分析的统计资料。l 执行预定义的测试程序为了产生一个执行机构的诊断模式，为了以后可以追踪已报告过的问题。l 打印所有显示或储存的信息。建立一个控制器的最可行的方式是选择一个微处理器，即，它的操作系统和图形工具箱提供的服务，能够足够的用软件来满足上述要求。作为一个单独的部件，为了能够跟随新进程（例如新的人机界面概念）和新的科技技术（如，可以增加性能的新的硬件结构），控制台应该可以很容易独立的升级。此外，设计通用控制台的第一步是使控制台独立。这种状况下的分析和对错误的诊断没有进行错误分析的基础上，我们可以说控制台所扮演的角色对于数控装置来说和对与PLC来说它们的作用是相同的。执行部件包括所有操作的所有功能，这些操作需要在一个灵活的制造环节中工作，在这个环境中，机器工具以一种独立的方式工作。就是说，没有操作员和工作台。更确切的说，执行机构的功能是共同承担三项基本要求：执行要求：l 把部分数控ISO代码的程序翻译成易于理解的中间代码，且可以通过工具校正器来实现。l 为了考虑用于机器加工的工具，需要修改加工轨迹。l 管理不同加工操作的序列。l 控制辅助设备（如润滑，换刀）l 生成的轨迹。l 控制轴。l 与现场总线进行通信（如果存在）。管理要求：l 以适当的方式存储当前的“工作”和下一个工作，以便于l 更更新在机加工过程中的工具集中的工具描述器（如更新的信息数据生命周期）。l 以半永久性的方式存储配置参数。l 更新和管理日志，该日志包含一些已经标记为报告过的时间信息。l 适当的时刻执行自动诊断。独立操作（没有操作员）的重要附加要求：l 管理计算机进行通信。l 当工具不工作时进行检测。l 检测工具磨损。l 识别工具。l 管理和识别托盘。l 识别工具零件并尽可能检测他们。这些要求显示出执行机构受到硬件的实时限制（与控制台相反。）由于执行机构自身的复杂性，数控设计师的所有实际知识都集中在执行机构上。因此，在完善这个实体和设计这个机构时必须要特别仔细。在这种分析状况下，一些人可能会讨论在直接数字控制使用中存在的网络或者远距离控制使用以构成第三实体。实际上，考虑制造自动化协议（MAP）之类的网络协议，该服务由称之为制造消息规范的零件应用层提供。即使是这种情况，这种思想不在这篇文章要写的范围内。执行设计： “传统”方法设计一个数控系统的传统可接受方法是把结构分为三个实体：可编程控制器， 计算机控制执行器和轴。可编程控制器的主要功能是管理机床各种的辅助设备（主轴，润滑）。计算机控制执行的主要任务是翻译ISO数控代码，以根据运动帧控制执行主轴进给。每个可编程控制器和数控引导器都包括整个数控状态的一部分且他们任何一个都不能获得或者维持整个数控系统控制。他们是同时控制数控系统的。为了能够进行控制决策，可编程控制器和数控引导器必须明确整个数控系统状态。由于这个原因，状态数据被可编程控制器和数控引导器共同分享。这些数据都设在一个共同的双端口存储器里，或者，在最坏的情况下，是在两部分之间交换。因此，通过这种交互获得的高数据率通常构成一系列的障碍，因为传输的物理介质通常是专用总线，这总线必须满足高科技中的高级功能要求。当瑞士联邦技术学院于1984年开始的一项学校性的项目建立了一个数控系统的样机时，这一事实并不太明显。所以，在1987年六月，基于“传统”数控的第一个样机已经设计实现了。 那时，通信问题成了数控系统的关键问题，需要给予重视，所以决定重新设计其全部结构建立第二个样机以验证新的想法。伴着问题研究的深入，开始了这项设计的研究工作。执行： PLC核心：基于文献Gregoire87和Gregoire89的博士学位论文的研究表明执行器核心可以设计成一个称之为“服务的”大型的有限状态机调度计划，如图1所示。与 “传统”的架构比较，一个单独的实体控制执行机构，且执行机构的状态全部集中在这个单元。这解决了前面提到关于数据共享的问题。有限状态机的目的是保证不同服务之间的协调一致。它管理执行机构，包括其结构框架：该框架的设计是为了在任何时刻做出正确抉择和做出合适的服务。通常情况下，从执行的角度看，整个有限状态机可以看作是一种PLC的核心。服务是一个相当独立的程序部分，它包括其自己的数据结构，该数据结构也可以与其他服务分享，它抽象的拥有代表服务状态的数据信息。所以，每一个服务都应该由自己的虚拟处理器执行。然而，一些实际的考虑坚持分组的原则，即欲把一些服务进行分组和分配单处理器（共同的）给每个组。实际上，“服务”的概念似乎看起来比数控执行机构中普遍包括的所有任务更广泛，即，如：l 把部分以ISO代码写成的程序翻译成中间代码。l 以考虑到工具层面和磨损进行轨道修正。l 进给和控制轴。l 机器下载数据管理（检索和存储）。这些服务中暗含着一个相当复杂的计算过程，给处理器带来了很大的负荷因子，处理器理应执行这些。这些部分取决于这些服务是利用数值算法（如工具校正）或者分析算法（国际标准化组织的翻译）的原因。由于性能原因，一项特别的执行可以分配高的速度和复杂的硬件计算这些服务，成为具体板的任务。它甚至可推测这些板在可编程控制器的扩展板中已经存在，并只需要一个适应的软件。所以，存在的可编程控制器的硬件轻微的调整下就可以重新使用。可以指出，如果分享差值已经被选作轴的设计，考虑每个轴作为一项服务仅仅只是可以想象的而已。这是最后一个暗含轴的需要的要点。”服务”的精确的定义实际上是我们研究中部分新的重点领域。每项服务的说明书已经可以推测了，为了精确，必须正式。自从“服务”成为数控中再次利用的部分，“胶”必须给予一些相当的关注，所以，有限状态机将要合并他们。这个也将可能导致形式化描述技术。一种实用的执行为了验证我们的理论，我们已经计划在第二个数控样品上实施新的拟议结构。选择的目标编程语言是行动数据自动化系统，由于其验证程序和可移植性。这项工程的总体设计是面向对象的方法，就是在整个设计方法中，实际上最适合这功能的是由行动数据自动化系统提供的。分配到硬件中的该软件的功能实体服从以下模式：控制台：IBM的个人电脑的VME板, 可能在未来取代了在UNIX工作站，该工作站执行所有控制台的功能。执行机构：l 摩托罗拉MVME 133文本主板（MC68020 ， 25兆赫）致力于控制台通信和花费时间的服务（国际标准化组织的翻译，工具校正，机器下载数据管理）。l 几个摩托罗拉MVME 133文本主板（MC68020 ， 25兆赫）用来轴插补，每一个板执行一个以上轴插补（精确的数据取决于配置）。这些板支持轴服务。l 一些轴控制器专有TMS320C25的板。这些板在将来的升级中会消失，且将会被具体数字伺服控制器取代。l 一个专用总线板管理所有的机床传感器和制动器，除了那些关联轴。这一最新的限制（它是暂时的）是因为当与轴控制的时间需要相比时，总线的实际缓慢。所有的硬件封闭在的VME机架里，并且所有板在通过总线时是相互关联的。所以，所有执行板之间的通讯是通过共享内存的。呼叫服务使用一个特定的远程过程来调用，为了能实时控制，这个服务被特别开发了。该软件运行的主要执行板是非常小，小到是一块PLC的核心软件。所以，非常容易的用PLC代替这块板。上述要
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