数控系统论文精选(九篇)

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第1篇：数控系统论文范文

[关键词]数控系统伺服电机直接驱动

中图分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1671－7597(2008)0820116－01

近年来，伺服电机控制技术正朝着交流化、数字化、智能化三个方向发展。作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。本文对其技术现状及发展趋势作简要探讨。

一、数控机床伺服系统

（一）开环伺服系统。开环伺服系统不设检测反馈装置，不构成运动反馈控制回路，电动机按数控装置发出的指令脉冲工作，对运动误差没有检测反馈和处理修正过程，采用步进电机作为驱动器件，机床的位置精度完全取决于步进电动机的步距角精度和机械部分的传动精度，难以达到比较高精度要求。步进电动机的转速不可能很高，运动部件的速度受到限制。但步进电机结构简单、可靠性高、成本低，且其控制电路也简单。所以开环控制系统多用于精度和速度要求不高的经济型数控机床。

（二）全闭环伺服系统。闭环伺服系统主要由比较环节、伺服驱动放大器，进给伺服电动机、机械传动装置和直线位移测量装置组成。对机床运动部件的移动量具有检测与反馈修正功能，采用直流伺服电动机或交流伺服电动机作为驱动部件。可以采用直接安装在工作台的光栅或感应同步器作为位置检测器件，来构成高精度的全闭环位置控制系统。系统的直线位移检测器安装在移动部件上，其精度主要取决于位移检测装置的精度和灵敏度，其产生的加工精度比较高。但机械传动装置的刚度、摩擦阻尼特性、反向间隙等各种非线性因素，对系统稳定性有很大影响，使闭环进给伺服系统安装调试比较复杂。因此只是用在高精度和大型数控机床上。

（三）半闭环伺服系统。半闭环伺服系统的工作原理与全闭环伺服系统相同，同样采用伺服电动机作为驱动部件，可以采用内装于电机内的脉冲编码器，无刷旋转变压器或测速发电机作为位置/速度检测器件来构成半闭环位置控制系统，其系统的反馈信号取自电机轴或丝杆上，进给系统中的机械传动装置处于反馈回路之外，其刚度等非线性因素对系统稳定性没有影响，安装调试比较方便。机床的定位精度与机械传动装置的精度有关，而数控装置都有螺距误差补偿和间隙补偿等项功能，在传动装置精度不太高的情况下，可以利用补偿功能将加工精度提高到满意的程度。故半闭环伺服系统在数控机床中应用很广。

二、伺服电机控制性能优越

（一）低频特性好。步进电机易出现低速时低频振动现象。交流伺服电机不会出现此现象，运转非常平稳，交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能，可检测出机械的共振点，便于系统调整。

（二）控制精度高。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。例如松下全数字式交流伺服电机，对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。

（三）过载能力强。步进电机不具有过载能力，为了克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩，选型时需要选取额定转矩比负载转矩大很多的电机，造成了力矩浪费的现象。而交流伺服电机具有较强的过载能力，例如松下交流伺服系统中的伺服电机的最大转矩达到额定转矩的三倍，可用于克服启动瞬间的惯性力矩。

（四）速度响应快。步进电机从静止加速到额定转速需要200～400毫秒。交流伺服系统的速度响应较快，例如松下MSMA400W交流伺服电机，从静止加速到其额定转速仅需几毫秒。

（五）矩频特性佳。步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时转矩会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩。

三、伺服电机控制展望

（一）伺服电机控制技术的发展推动加工技术的高速高精化。80年代以来，数控系统逐渐应用伺服电机作为驱动器件。交流伺服电机内是无刷结构，几乎不需维修，体积相对较小，有利于转速和功率的提高。目前交流伺服系统已在很大范围内取代了直流伺服系统。在当代数控系统中，交流伺服取代直流伺服、软件控制取代硬件控制成为了伺服技术的发展趋势。由此产生了应用在数控机床的伺服进给和主轴装置上的交流数字驱动系统。随着微处理器和全数字化交流伺服系统的发展，数控系统的计算速度大大提高，采样时间大大减少。硬件伺服控制变为软件伺服控制后，大大地提高了伺服系统的性能。例如OSP-U10/U100网络式数控系统的伺服控制环就是一种高性能的伺服控制网，它对进行自律控制的各个伺服装置和部件实现了分散配置，网络连接，进一步发挥了它对机床的控制能力和通信速度。这些技术的发展，使伺服系统性能改善、可靠性提高、调试方便、柔性增强，大大推动了高精高速加工技术的发展。

另外，先进传感器检测技术的发展也极大地提高了交流电动机调速系统的动态响应性能和定位精度。交流伺服电机调速系统一般选用无刷旋转变压器、混合型的光电编码器和绝对值编码器作为位置、速度传感器，其传感器具有小于1μs的响应时间。伺服电动机本身也在向高速方向发展，与上述高速编码器配合实现了60m/min甚至100m/min的快速进给和1g的加速度。为保证高速时电动机旋转更加平滑，改进了电动机的磁路设计，并配合高速数字伺服软件，可保证电动机即使在小于1μm转动时也显得平滑而无爬行。

（二）交流直线伺服电机直接驱动进给技术已趋成熟。数控机床的进给驱动有“旋转伺服电机＋精密高速滚珠丝杠”和“直线电机直接驱动”两种类型。传统的滚珠丝杠工艺成熟加工精度较高，实现高速化的成本相对较低，所以目前应用广泛。使用滚，珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min，加速度1.5g。但滚珠丝杠是机械传动，机械元件间存在弹性变形、摩擦和反向间隙，相应会造成运动滞后和非线性误差，所以再进一步提高滚珠丝杠副移动速度和加速度比较难了。90年代以来，高速高精的大型加工机床中，应用直线电机直接驱动进给驱动方式。它比滚珠丝杠驱动具有刚度更高、速度范围更宽、加速特性更好、运动惯量更小、动态响应性能更佳，运行更平稳、位置精度更高等优点。且直线电机直接驱动，不需中间机械传动，减小了机械磨损与传动误差，减少了维护工作。直线电机直接驱动与滚珠丝杠传动相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，最大达10g，刚度提高7倍，最高响应频率达100Hz，还有较大的发展余地。当前，在高速高精加工机床领域中，两种驱动方式还会并存相当长一段时间，但从发展趋势来看，直线电机驱动所占的比重会愈来愈大。种种迹象表明，直线电机驱动在高速高精加工机床上的应用已进入加速增长期。

参考文献：

[1]《交流伺服电机控制技术的研究》，中国测试技术，郑列勤，2006.5.

第2篇：数控系统论文范文

暖通空调系统的主要功能是调节空气的温度、湿度、洁净度以及气流的运行速度。现代空气环境的恶化使得暖通空调的功能要求增加，指标更加严格。在暖通空调的设计安装过程中，节能环保技术可以应用在整个生产使用流程中。从建筑工程布局的设计到新型可再生能源的使用，再到使用环节的合理安排，均能降低能源的消耗，保证环境污染最小化，实现整个系统的健康运作。

2暖通空调系统中环保节能方法与措施

2.1调整建筑物的规划设计

对房屋进行热工改造时，要提高房屋的舒适度，就需要合理运用房屋围护架构的特点。研究表明，在建筑物墙体外侧刷上保温性能的材料之后，用电量明显降低。由此可见，房屋围护架构的优化设计有明显的节能效果。此外，建筑物的规划设计中，房屋的地址选择、朝向、体形、季节性等因素也需要在从节能环保的层面进行充分的考虑。

2.2合理设计安装暖通空调系统

在设计安装暖通空调系统时各种子系统包含的设备很多，设计者要严格按照规定的工作流程，保证设备的正常运行。同时，需将节能减排的理念充分的应用到设计的各种环节中。相关工作人员加强施工设计的管理，严格监督，保证系统实现设计目标。

2.3开发利用新型清洁能源

新型环保型能源在暖风空调系统中前景广阔。采用天然气作为空调制冷设备的能源，能有效控制CO2和SO2和排放量，减少环境污染。各种可再生能源，例如地源热、地下水、风力、海洋能等均可运用到暖通空调系统中。其中，地源热空调冬季吸收地下土壤、水等天然能量为建筑物提供热能；夏季向地下释放热量，提供给建筑物冷空气。

3暖通空调系统中环保节能技术的应用

3.1蓄冷空调

蓄冷空调是专为节能环保研制的设备，通过水、冰两种介质实现能量交换。一般地，城市用电白天紧张，而夜间则缓解很多，蓄冷空调针对这一现实，在夜间通过制冷机组制冰，白天融冰，释放存储的能量，提供给建筑物使用。这种方法有效的缓解了城市白天用电紧张的问题，节约了成本。

3.2热回收技术

热回收技术能够真正实现能源的节约和环境的保护。该技术将空调排放出的热量进行回收，实现二次利用。这种方法能够防止排放的空气直接排出室外造成环境污染，又能提高能源的利用效率。

3.3变频技术

目前空调设计有定频和变频两种。变频空调性能优越，节能效果好。通常情况下，空调设计均留有一定的冗余以便减少运行压力。使用变频技术，能够在室外温度、湿度、风力等变化导致系统运行负荷变化的情况下灵活调节系统的工作状态，真正变废为宝，避免不必要的资源浪费。

3.4低温地板辐射采暖技术

低温地板辐射采暖技术现在已广泛投入使用，既实现节能环保，又安全实效。该技术在地板下安装热水管，热水在地板下流通，释放热量，提高房间的温度。该技术的应用过程中，应注意保持地板温度低于45度。它通过对流的方式实现热量的传递，让人脚上温暖，头部凉爽，有很高的舒适度。此外，这种技术能有效的节省空间，方便计量改造，从多方面实现了节能环保的目标。

3.5替代制冷剂的应用

目前，随着大气环境的恶化，许多空调已不再使用传统的制冷剂—氟利昂。为保护臭氧层，暖通空调行业研究了可替代制冷剂—CFCS和HFCS，并取得了一定的进展。人工合成的制冷剂、天然制冷剂、碳氢化合物等亦可作为替代资源。这些环境友好型制冷剂将不会对臭氧层造成破坏，保护人类免于紫外线的伤害。

4暖通空调系统中环保节能技术的展望

科技的发展推动着各行各业的进步，应节能环保的要求，暖通空调系统中先进技术的研究也十分广泛。新型的暖通空调节能环保技术有多种方式。新风预处理系统是为全面提高空调品质提出的全新的概念，它保持了传统空气处理模式，增加了对新风的预处理功能，消除了新风对空调调节的干扰。新风预处系统能改善风量、降低相对湿度、提高空气质量。独立新风系统能够承担建筑物内的全部新风负荷、室内的全部潜热载荷及部分显热载荷。它能够解决商用建筑中的新风问题、改善室内的相对湿度。并且由于该种技术无回风，可以大大增强建筑环境的舒适度和安全性。此外，环保节能技术必然依赖于新型能源的开发推广，一旦新能源能够投入使用，暖风空调系统也必然进入一个新的阶段。

5结语

第3篇：数控系统论文范文

从企业实际需求来看，对于制造业，目前企业的MIS和ERP仅仅局限于通常的管理、设计开发等上层部分的信息化，是远远不够的，工厂、车间的最底层数控机床不能够连成网络，就必然成为制约制造业企业信息化的瓶颈，不能充分提高生产效率。对于面临全球化竞争的现代制造工厂，数控机床必须达到一定的数量或比例;其次就是把所拥有的数控机床组建成一个双向、高速的制造体系，彻底解决信息孤岛问题，构成数字化车间，以保证信息流在工厂、车间的底层之间及底层与上层之间通讯的畅通无阻。

2.网络数控技术的发展

2.1DNC系统及网络结构DNC(DirectNumericalControl，DNC)系统是指多台数控机床由一台计算机统一分配控制程序和进行管理。现在的DNC系统从内容和意义上已发展成为分布式数字控制(DistributedNumericalControl，DNC)系统。从数控技术的发展分析，分布式数控系统是由直接数控系统发展而来的，是针对当时数控设备内存小、处理能力弱而产生的。以后出现的计算机数控(ComputerNumericalControl，CNC)设备使DNC系统增加了程序编制和编辑功能，并且有一定的通讯能力。随着局域网、数据库、工作站的发展以及零件加工系统发展的需要，出现了分布式数控系统，它是针对车间的生产计划、技术准备、加工操作等基本作业的集中监控与分散控制相结合而产生的车间生产控制系统。系统的目标任务通过局域网分配给各子系统，子系统之间信息相互交换以协调完成任务。这种系统的优点是易于扩充、灵活、可靠性高，具有良好的开放性。

一般DNC系统通常具有两级计算机分级结构形式，即主控计算机加CNC系统群组成(见图1)。对于通信距离短、组成DNC系统的数控机床数量少的小型系统可采用这种方式联接。该联接方式结构简单，但连线多、易出故障、通信距离短(RS2232通讯距离一般为15m以内)，不适宜较大范围的DNC系统。

2.2现场总线系统及网络结构

鉴于以上通信方式存在的缺陷，一些研究单位提出了基于现场总线技术(主要有BitBus和CAN总线)的改进型DNC通信系统，可实现远距离通信，具有操作方便、开放性好的特点，其网络拓扑结构如图2所示。每台数控机床配备一台通信前端单元，各通信前端单元与DNC主控计算机间采用现场总线进行连接。通信前端单元与数控系统集成在一起，可靠性高。系统具有良好的扩展性，设备更灵活，但是车间级网络是总线协议，工厂上层网络都是基于TCPPIP的以太网，这样还不能方便地实现信息共享。

3.工业以太网

普通以太网(Ethernet)是为IT应用而开发的，在工业自动化领域只得到有限的应用，这是由于:1)以太网采用CSMAPCD碰撞检测方式，在网络负载较重(大于40%)时，网络的确定性(Determinism)不能满足工业控制的实时要求:2)Ethernet所采用的接插件(connector)、集线器(hub)、交换机(switches)和电缆等是为办公室应用而设计的，不符合工业现场恶劣环境的要求;3)以太网抗干扰性能较差;4)以太网满足本安型应用有一定的难度等。随着工业以太网技术的发展，上述问题正在迅速得到解决。

工业以太网是基于IEEE80213(Ethernet)的强大的区域和单元网络，工业实时以太网对普通以太网作了如下改进:1)采用交换式以太网，仅在发送站和接收站之间直接交换信息，克服了时延和碰撞，提高了实时性;2)采用全双工(Full2duplex)网络，端口上媒体段的长度不受CSMAPCD的制约，可以延伸距离;3)网络速度的提高(已全面从10M过渡到100M，甚至1000M)，使以太网能提供足够的带宽，又减少了冲突;4)所采用的接插件(connector)、集线器(hub)、交换机(switches)和电缆等已有为工业环境而设计的。至于以太网存在的不确定性和实时性能欠佳的问题，已由于智能集线器的使用、主动切换功能的实现、优先权的引入以及全双工的布线等，基本上得到解决。通过提高数据传输速率，仔细地选择网络的拓扑结构及限制网络负载等，可将发生数据冲突的概率降到最低。工业以太网经过上述改进措施后，典型的工业应用中，10MEthernet峰值负载为10%，100MEthernet峰值负载为0.5%，而Ethernet只有当负载达40%以上时才会有明显的延时现象;在100MEthernet网中，发送一个信息包延时超过2ms的状况五年也不会发生一次，美国电力研究院(EPRI，PaloAlto.，Calif)的实验结果表明，可保证延时在4ms以内。网络数控就是建立在上述工业以太网的基础之上，而且采用工业以太网作为网络数控的底层有多方面的优势:1)成本低。因普遍应用所形成的硬件、软件资源和广泛的支持，Ether2net是世界上应用最多的网络，超过93%的网络节点为Ethernet。2)为了促进Ethernet在工业领域中的应用，国际上成立了工业Ethernet协会(IndustrialEthernetAssociation)。美国电气工程师协会(IEEE)正着手制定现场装置与Ethernet通信的新标准。3)全球主要自动化厂商和组织加强了工业Ethernet的实现，如德国SI2EMENS公司于1998年了工业Ethernet白皮书，于2001年了其工业Ethernet规范，称为ProfiNET.2004年奥迪(Audi)、宝马(BMW)、戴梅勒克莱斯勒(DaimlerChrysler)和大众(Volkswagen)四家主要的德国汽车公司一致同意支持ProfiNET工业以太网标准。

4.基于工业以太网的网络数控

网络数控系统(NetworkedComputerNumericalCon-trolSystem)是网络控制系统的一个分支。近几年国内比较高端先进的数控系统上都配备了标准以太网的接口，比如华中数控的世纪星系统，这样可以方便地进行联网，即使没有标配以太网接口的数控系统，由于都有RS2232接口，笔者也提出了RS2232到以太网的转换解决方案，专用通信单元用AT89S8252单片机和AT24C512SerialEEP2ROM，以支持Internet应用。此通信单元还有数据缓冲的功能，可以解决老式数控系统内存太小，不能一次装下复杂加工程序的问题，这样就解决了加工停顿的问题，此装置也符合工业标准，安装方便。

第4篇：数控系统论文范文

WindowsCE是微软公司开发的一个开放、可升级的32位嵌入式操作系统。与Windows95/98、WindowsNT不同的是，WindowsCE是所有源代码全部由微软自行开发的嵌入式新型操作系统、其操作界面虽来源于Windows95/98，但WindowsCE是基于Win32API重新开发的、新型的信息设备平台。WindowsCE具有模块化、结构化和基于Win32应用程序接口以及与处理器无关等特点[1]。微软在2002年推出了新一代后，其性能有了更进一步的提高，支持蓝牙技术、支持TCP/IPv6，并在实时多任务控制领域得到了成功的应用[2]。相对于DOS，是运行于保护模式的多线程32位操作系统，特别适合数控系统的多任务并行机制，而它的内存保护功能对于数控系统的稳定性具有重要意义：相对Windows桌面操作系统，是嵌入式实时操作系统，其独特体系结构和运行机制使其能够快速响应外部中断触发，并调度相关应用程序进行处理[3]，因此它可以满足数控系统的实时性要求。是一个实时操作系统，它提供了实时开发所需的重要技术，其中包括:

(1)256级线程优先权为在嵌入式系统内控制

线程时序提供更大的灵活性。

(2)中断嵌套允许更高优先级的中断立刻被执行而不必等到较低优先级的中断服务程序执行完毕。内核能嵌套CPU所支持的全部数量的中断服务程序。

(3)每一线程的时间片允许应用程序在多线程原则上设置时间片，这就意味着能够使调度程序适应应用程序的当前要求。

(4)优先权倒置是指当两个线程竞争同一个资源时，资源被低优先级的线程占用而拖延了高优先级线程的执行的情形。为了纠正这种情形并释放高优先级的线程，WindowsCE允许低优先级线程继承更加紧急的线程优先级并且以更高的优先级来运行直到它释放它所占用的资源。

1.WindowsCE系统开发平台的定制

为了使用户可以方便的将WindowsCE转向一个新的硬件平台，微软提供了完整的开发工具platformbuilder4.2，它包括了一些必需的工具，以便开发人员可以为组件化的操作系统版本创建特定平台的软件开发包(SDK)。平台向导(PlatformWizard)允许开发人员根据将要创建设备的类型简便快捷地建立新的平台，参见图1。

要创建一个基于的操作系统平台，必须经过下面几个步骤:①选择一个标准的开发板(SDB)来创建WindowsCE平台。②使用平台向导(PlatformWizard)中备选的设备及目录中所列举的特征对平台进行定制。③Build并生成镜像文件(im2age)。④将平台下载到目标设备，调试平台。⑤平台创建完毕，输出软件开发工具包(SDK)。

定制平台时，用户可以开发自己的OEM硬件适配层(OAL)，OAL是处于WindowsCE系统内核与目标设备硬件之间，用来抽象硬件功能的连接层，实现操作系统的可移植性。OEM硬件适配层分为OEM抽象层和设备驱动程序两部分。

硬件开发平台是用于模拟嵌入式系统设备的目标设备，可用于开发、调试和验证定制平台的性能。Plat2formBuilder支持基于PC机的硬件开发平台(CEPC)，CEPC是最灵活的WindowsCE设备，很适用于嵌入式系统的开发调试阶段。

2.开放式激光切割机数控系统的总体设计和实现

2.1数控激光切割机的组成

数控激光切割机由激光切割机主机、CO2激光器、水冷机、外光路系统、数控系统及自动编程软件等组成[4](见图2)。其中激光器及外光路系统是数控激光切割机的关键配套部件，其性能指标将直接影响激光切割板材的切割质量，而激光切割机主机则是实现激光进行优质切割的载体。所以，对数控激光切割机主机的开发设计显得尤为重要。

2.2基于工业PC机的开放式数控系统的分析与构造

随着近年来计算机技术的发展，工业PC机和模块化的集成电路逐渐进入数控领域，PC机以其特有的开放性成为开放式数控系统的基础，它丰富了数控系统的硬、软件资源，有利于实现总线式、模块化、开放化的数控系统，该系统利用流行的操作系统平台作支撑，采用标准的应用开发环境，具有较好的互操作性、移植性、互换性和伸缩性，展现了良好的开放性能，同时又具有方便、灵活的特点。同时充分利用WindowsCE强大的图形界面功能、多线程机制和多媒体定时器来解决数控软件的实时多任务处理能力，其良好的软硬件兼容能力能够实现建立在标准总线基础上的模块化开放式数控系统。开放式数控系统可采用分层的体系结构，如图3所示。各层之间实现隔离，层与层之间通过标准的接口进行通讯，实现了开放式控制系统应有的分层体系结构，使数控软件易于组装、扩充和维护。第一层为管理层。它是系统的界面部分，可完成系统的管理、显示、诊断和监控。通过响应状态选择控件产生的不同消息来进行不同界面之间的切换，其调用操作由操作系统管理完成。

第二层为功能单元层。它是系统的控制部分，包括代码生成、编译解释、插补运算和运动控制，I/O处理和数据采集等，是相对独立的功能单元。它们之间通过在软件中建立的多个数据缓冲器来进行大量的数据交换。译码可将数控指令解释成为系统内部的数据格式，插补运算完成数据插补产生加工数据、速度处理和辅助功能设备控制。运动控制程序完成位置伺服的控制。I/O信号处理模块接收各种按键的输入，转化为程序变量或系统消息以供操作。数据采集模块负责采集各运动轴的信息和A/D信号，用于实现数据实时显示、实时控制等功能。

第三层为支撑层，包括运动控制卡、运动控制器的设备驱动程序、I/O卡和工业PC机。

2.3开放式数控系统的硬件结构

3.数控系统软件的设计与实现

3.1基于WindowsCE的数控系统软件的总体结构

在已有的同类数控系统中，大多数系统是基于DOS环境的，其综合性能相对于Windows环境就弱一些，尤其是人机交互界面、多任务以及开放性方面比较差。主从计算机间的实时信息交换通讯是实现上下位机间协调工作的关键。本数控系统在实时性要求方面与机器人控制相似，如果使用Windows中专用的定时器控件Timer，虽然使用很方便，可以实现一定的定时功能，但最小计时精度仅为55ms，且定时器消息在多任务操作系统中的优先级很低，不能得到及时响应，无法满足实时控制环境下的应用。所以考虑使用精度更高的多媒体定时器，它可以实现精度为1ms的高精度定时，可以满足本系统的实时性要求。多媒体定时器不依赖于消息机制，而是由函数TimerSetEvent()产生一个独立的线程，在一定的中断次数到达后，直接调用预先设置好的回调函数进行处理，而不必等到应用程序的消息队列为空。因而设置该回调函数来完成周期扫描I/O卡的输入端口，以及向系统定时发送消息，使其及时更新界面和界面中的数据。为提高系统的可靠性，多媒体定时器在整个控制程序初始化时开启，并在系统退出时删除定时器以释放系统资源。每一个Windows应用程序都是一个进程，并由线程来负责执行包含在进程地址空间中的代码。实际上，每个进程可以拥有多个线程，它们在进程的地址空间中“同时地”执行代码。本数控系统软件中，采用了前后台型的多线程结构形式。前台程序由系统主线程和定时器控制，主要完成界面管理、功能控制、系统管理等，并负责响应按键与界面输入的数据，即实现管理层的功能。后台程序放在辅助线程中，负责进行数控代码的编译处理，向PMAC发送命令以及实时数据采集，实现了控制层的功能。

3.2G代码转换模块的实现

为了使PMAC控制卡兼容G代码指令，专门开发了G代码编译转换模块，大大提高该控制系统的开放性和兼容性，为熟悉G代码编程的用户提供了方便。本编译模块使用了多线程的方法。多线程的应用使程序的并行处理得以实现，多线程使得不同的代码可以“同时”执行。本模块采用了工作者线程，其适用于处理后台任务，而不影响用户对应用程序的使用。工作者线程仅仅由一个函数体实现，其实现简单，便于编程者控制，与事件同步方法相配合能对中止消息做出较快反应。事件同步是通过将事件自身设置为有信号或无信号来通知其它线程的某一操作已完成或尚未完成，其设置可由编程人员手工完成，适合于工控程序应用。

与之相对应，本模块具有一个主线程和两个子线程，其中一个子线程为通信线程，另一个为计算线程。主线程是Windows下每个应用程序都具备的，负责线程间的同步、向计算线程和通信线程传递参数、管理人机界面、接收用户输入等功能。通信线程通过通信端口(本程序涉及的是PCI接口)负责与下端的设备进行通信并交换数据。计算线程负责核心算法的实现，根据系统的不同完成不同的数据处理任务。程序结构如图5。

第5篇：数控系统论文范文

1.开放式模块化滚齿机数控系统与PC-PMAC策略

对于全功能数控滚齿机,机床的各个运动轴(滚刀架旋转A、滚刀旋转B、工件旋转C、轴向进给Z、切向串刀Y、径向进给X轴)都是数控的,基于软件插补的滚齿加工数控系统的刀具主轴一般采用变频装置控制,其它轴通过数控指令经伺服电机直接驱动。根据被加工齿轮和使用刀具的参数以确定刀具与工件之间特定的运动关系(即所谓的电子齿轮箱)。其优点是工件主轴的转速完全由数控系统的软件控制,因此,可以通过编制适当的软件,用通用的刀具来高精度快速地加工非圆齿轮、修形齿轮,且加工精度远高于传统的机械靠模加工方法。

随着计算机技术的飞速发展,基于PC开发数控系统,可以充分利用标准计算机高速发展所带来的众多成果(包括软、硬件),而PC硬件的标准化也为系统的升级换代和维修提供了最便捷的方式。具体地说,就是鉴于PC总线是一种开放性总线,所以这种系统就具有了开放性、模块化可嵌入的特点,系统生产商可以在PC机硬件平台和操作系统的基础上,大量使用市场上现售的软件和硬件板卡,改善数控系统的功能,缩短开发周期和降低成本。机床厂商和用户可以对CNC进行重新设置、修改、扩充和改装,并允许模块化地集成传感器、加工过程监控等功能,最终构造和重组出最适合的数控系统功能和其它控制功能。

与其它数控机床相比,滚齿机运动相对复杂,因此起步较晚。尽管全功能数控系统目前在国外已占了主导地位,但大多数仍然是普通数控系统的变形,且属于各公司的封闭式系统,而且真正体现齿轮加工专业特点的开放式系统还很少。因此,开发现代滚齿机数控系统的要求非常迫切,如:能够根据具体控制机床的功能需要来增加或减少部件;对同一个CNC系统,可以通过面向功能的动、静态重构,柔性地控制滚齿机、磨齿机、插齿机、齿轮加工单元等不同的对象或控制不同型号的同一类齿轮加工机床。目前,基于PC的开放式CNC一般有三种实现途径：

(1)PC嵌入CNC。将PC机作为传统CNC的前端接口,在传统的非开放式CNC上插入一块专门的、开放的个人计算机模板,PC板与CNC之间通过专用总线连接,使传统CNC实现个人计算机的一些特性。在这种模式下,CNC部分与原来的CNC相同,进行实时控制;而PC部分则进行非实时控制。这一形式主要为一些大型CNC控制器制造厂商所采用,其优点是原型CNC可以几乎不加改动地使用,且传递数据快、系统响应快,缺点是不能直接使用PC,开放程度受到限制,代价高不适合小型加工使用。这种模式在严格意义上不能称之为“基于”PC的开放式CNC系统。

(2)CNC嵌入PC。将运动控制板或整个CNC单元插入到PC的扩展槽中,PC作非实时处理,实时控制由CNC单元或运动控制板来承担。这种结构形式使整个系统可以共享PC机的硬件资源,并利用其丰富的支撑软件直接与网络和CAD/CAM系统连接,软件的通用性强,且编程处理灵活、代价低。对于CNC单元插入到PC的结构,其开放性只限于PC微机部分,专业的数控部分仍处于封闭状态;而对于运动控制板插入到PC的结构,其开放性则取决于运动控制板的开放性。

(3)纯PC机型。即完全采用PC机的全软件形式的数控系统。NC系统的各项功能,如编译、解释、插补和PLC等,均由软件模块来实现,并通过装在PC扩展槽中的接口卡对伺服驱动进行控制。这类系统借助现有的操作平台,在应用软件的支持下,通过对PC软件的适当组织、划分规范和开发,可望实现CNC各个层次的开放。其优点是开放性好、编程处理相当灵活、软件的通用性强。缺点是在通用PC上进行实时处理较困难,难以利用原型CNC资源,其可靠性的确保也是一个有待进一步研究的问题。

齿轮传动是传递机器运动和动力的一种主要形式,被广泛应用于机床、汽车、航空、兵器等多个领域。滚齿加工是所有齿轮加工方法中最主要的一种,滚齿机约占整个齿轮加工机床的45%。滚齿机数控化后使机床结构及控制发生了革命性的变化,提高了齿轮的加工精度,扩展了加工范围,实现了高度自动化和柔性化,同时方便了新的加工工艺的使用。

1.开放式模块化滚齿机数控系统与PC-PMAC策略

对于全功能数控滚齿机,机床的各个运动轴(滚刀架旋转A、滚刀旋转B、工件旋转C、轴向进给Z、切向串刀Y、径向进给X轴)都是数控的,基于软件插补的滚齿加工数控系统的刀具主轴一般采用变频装置控制,其它轴通过数控指令经伺服电机直接驱动。根据被加工齿轮和使用刀具的参数以确定刀具与工件之间特定的运动关系(即所谓的电子齿轮箱)。其优点是工件主轴的转速完全由数控系统的软件控制,因此,可以通过编制适当的软件,用通用的刀具来高精度快速地加工非圆齿轮、修形齿轮,且加工精度远高于传统的机械靠模加工方法。

随着计算机技术的飞速发展,基于PC开发数控系统,可以充分利用标准计算机高速发展所带来的众多成果(包括软、硬件),而PC硬件的标准化也为系统的升级换代和维修提供了最便捷的方式。具体地说,就是鉴于PC总线是一种开放性总线,所以这种系统就具有了开放性、模块化可嵌入的特点,系统生产商可以在PC机硬件平台和操作系统的基础上,大量使用市场上现售的软件和硬件板卡,改善数控系统的功能,缩短开发周期和降低成本。机床厂商和用户可以对CNC进行重新设置、修改、扩充和改装,并允许模块化地集成传感器、加工过程监控等功能,最终构造和重组出最适合的数控系统功能和其它控制功能。

与其它数控机床相比,滚齿机运动相对复杂,因此起步较晚。尽管全功能数控系统目前在国外已占了主导地位,但大多数仍然是普通数控系统的变形,且属于各公司的封闭式系统,而且真正体现齿轮加工专业特点的开放式系统还很少。因此,开发现代滚齿机数控系统的要求非常迫切,如:能够根据具体控制机床的功能需要来增加或减少部件;对同一个CNC系统,可以通过面向功能的动、静态重构,柔性地控制滚齿机、磨齿机、插齿机、齿轮加工单元等不同的对象或控制不同型号的同一类齿轮加工机床。目前,基于PC的开放式CNC一般有三种实现途径：

(1)PC嵌入CNC。将PC机作为传统CNC的前端接口,在传统的非开放式CNC上插入一块专门的、开放的个人计算机模板,PC板与CNC之间通过专用总线连接,使传统CNC实现个人计算机的一些特性。在这种模式下,CNC部分与原来的CNC相同,进行实时控制;而PC部分则进行非实时控制。这一形式主要为一些大型CNC控制器制造厂商所采用,其优点是原型CNC可以几乎不加改动地使用,且传递数据快、系统响应快,缺点是不能直接使用PC,开放程度受到限制,代价高不适合小型加工使用。这种模式在严格意义上不能称之为“基于”PC的开放式CNC系统。

(2)CNC嵌入PC。将运动控制板或整个CNC单元插入到PC的扩展槽中,PC作非实时处理,实时控制由CNC单元或运动控制板来承担。这种结构形式使整个系统可以共享PC机的硬件资源,并利用其丰富的支撑软件直接与网络和CAD/CAM系统连接,软件的通用性强,且编程处理灵活、代价低。对于CNC单元插入到PC的结构,其开放性只限于PC微机部分,专业的数控部分仍处于封闭状态;而对于运动控制板插入到PC的结构,其开放性则取决于运动控制板的开放性。

(3)纯PC机型。即完全采用PC机的全软件形式的数控系统。NC系统的各项功能,如编译、解释、插补和PLC等,均由软件模块来实现,并通过装在PC扩展槽中的接口卡对伺服驱动进行控制。这类系统借助现有的操作平台,在应用软件的支持下,通过对PC软件的适当组织、划分规范和开发,可望实现CNC各个层次的开放。其优点是开放性好、编程处理相当灵活、软件的通用性强。缺点是在通用PC上进行实时处理较困难,难以利用原型CNC资源,其可靠性的确保也是一个有待进一步研究的问题。

图1PC+PMAC滚齿机数控系统硬件结构示意图

PMAC与各个伺服驱动器使用接线器以方便连接,径向(X)和轴向(Z)可以使用编码器反馈(图1所示)的半闭环控制,也可以使用光栅进行闭环控制。

PMAC运动控制器与主机之间的通讯采用了两种方式。一种是总线通讯方式,即主机到指定的地址上去寻找PMAC,其中指定的地址是由PMAC的跳线确定。另一种是利用DPRAM进行数据通信。PMAC为DPRAM提供了许多自动存取功能,这些自动功能以一定的周期在PMAC与IPC间传递实时的数据,而且用户还可以用PMAC的M变量和主机的指针变量来指定DPRAM中没有使用的寄存器以实现自定义的通讯功能。用DPRAM来进行PC与PMAC间的数据通讯和命令通讯具有快速的优点,一方面,双端口RAM在用于向PMAC写数据时,在实时状态下能够快速地将位置数据信息或程序信息进行重复下载;另一方面,DPRAM在用于从PMAC中读取数据时,可以快速地重复地获取系统的状态信息。如交流伺服电机的状态、位置、速度、跟随误差等数据可以不停地被更新,并且能够被PLC或被PMAC自动地写入DPRAM。由于通过DPRAM进行的数据存取不需要经过通讯口发送命令和等待响应,所以响应的速度要快得多。利用DPRAM进行数据的自动存取,提高了系统的响应速度和加工精度,同时也方便了控制系统中各模块之间的快速通讯和地址表的设定,降低了编程难度。

PMAC系统的内置PLC功能是经智能I/O接口的输入输出实现的。在控制系统中,送入PLC的输入信号主要有:操作面板和机床上的控制按钮、选择开关等信号;各轴的行程开关、机械零点开关等信号;机床电器动作、限位、报警等信号;强电柜中接触器、气动开关接触等信号;各伺服模块工作状态信号等。这些信号通过光电隔离以后送到智能I/O接口上,有效地将计算机数字量通道与外部过程模拟量通道隔离起来,可大大地减小了外部因素的干扰,提高整机系统的可靠性和稳定性。PLC输出的信号主要有:指示灯信号,控制继电器、接触器、电磁阀等动作信号,伺服模块的驱动使能和速度使能信号等。

3.系统的软件结构

PC+PMAC滚齿机数控系统软件结构如图2所示,整个软件系统由主控模块及各个功能模块组成。主控模块是为用户提供一个友好的系统操作界面,在此界面下,系统的各功能模块以菜单的形式被调用。由于滚齿加工的复杂性、加工工艺参数计算难度大,主控模块应显示滚刀和被加工齿轮的相关参数、齿轮加工固定循环、滚齿过程中的各轴坐标位置、动态加工轨迹等信息,操作人员只需输入加工零件的齿数、高度、角度等信息,选择相应的加工循环,数控系统就能够自动生成齿轮加工的NC代码。

图2PC+PMAC滚齿机数控系统软件结构示意图

系统的功能模块可分为实时控制类功能模块和非实时管理类模块两大类。实时控制类功能模块是控制机床当前运动和动作的软件模块,具有毫秒级甚至更高要求的时间响应;非实时管理类模块没有严格的时间响应要求。

非实时管理类模块包括系统初始化、系统诊断、系统通讯以及NC程序编辑等内容。这类软件模块可利用PC微机和PMAC所提供的计算机语言和软件工具实现。由于时间响应要求不高,故由PC微机负责运行。

实时控制类功能模块包括加工程序解释、伺服驱动、运动插补、数据采集以及PLC等。实时控制软件的设计应充分考虑软件的开放性和滚齿加工的专业性,用户可以根据某些具体要求增加软件的功能模块。在这些实时控制类功能模块中,PMAC已提供良好的软件开发功能(工具)。

加工程序解释模块由G代码解释程序、M代码解释程序和T代码解释程序组成。可在PEWIN环境下对已有的PMAC解释程序进行编辑和调试,并下载到PMAC固定内存中,在实际加工时被PMAC自动调用。另外,伺服中断时间、电机相位等参数由PEWIN执行程序来设置,从而实现了实时控制部件的参数化。

插补模块中可直接选择调用PMAC提供的直线插补、圆弧插补及样条插补功能;PMAC还提供了PVT(位置-速度-时间)运动模式,该模式可以对轨迹图形进行直接地紧凑地控制,用户可以对以上几种模式加以选择和组合。也可自行定义G、M、T代码。如滚齿加工中的G64(展成运动功能);G65(滚斜齿轮);G66(滚鼓形齿);G67(滚小锥度齿)等。由于一些滚齿加工工艺完成的动作循环十分典型,并且需要多次循环,故对这些固定循环用某种功能代码进行定义,可大大减少编程工作。如轴径向矩形逆铣、轴径向矩形顺铣等。

伺服驱动模块可以选择PID位置环伺服滤波器、陷波滤波器或扩展滤波器,并设置其控制参数;用户也可以定制自己的伺服算法,实现个性化的伺服控制。由于滚齿加工属于断续切削,不仅在加工过程中切削力、滚刀转速有很大的变化,工件及工作台要承受断续的冲击力,而且在滚刀切入切出过程中工件及工作台的受力情况也在不断变化,用常规的控制器整定方法已不能获得满意的机床性能,故系统中除了采用在线可编程的数字PID整定外,还应增加速度前馈、加速度前馈滤波方式。

PLC控制模块用于机床系统的开关量的逻辑控制。开发者需要根据自身控制面板要求和机床控制逻辑进行编制。当运动程序在前台有序运行时,PMAC可以在后台运行多达32个异步PLC程序。PLC程序可以以极高的采样速率监视模拟输入和数字输入、命令运动停止/起动等作业,以5～10ms甚至更高的循环速度对PLC程序进行反复扫描。PLC程序采用PMAC提供的命令语言编写,可以直接运行,也可经编译后执行。

这里有必要提一下双CPU的通讯程序,由于其开发工作量大,也很具有技巧性。利用DeltaTau公司提供的Pcomm32动态连接库和PTALKT控件是一个明智的选择。它囊括了同PMAC通讯的所有方式,而且将其主要函数进行分类、封装,最终形成一种用户应用程序友好界面,使用户从32位驱动库中解脱出来,将全部精力用于定义和开发自己的CNC系统应用程序。

第6篇：数控系统论文范文

【关键词】大型商场；空调系统；安装管理

一、大型商场空调系统安装管理存在的问题

1.空调系统施工目标不明确

对于在大型商场中空调系统的安装进行管理是为了保证工程施工过程中避免损害或破坏商场中某些设施。大型商场中空调系统安装是一个较大的工程，对其进行管理没有一个明确的目标，工程的进度、顺序、工程完工等等方面的不确定，影响商场正常营业。管理大型商场空调系统安装工程上没有一个目标，无法保证安装的质量，无法保障施工人员的安全，无法确定施工的工期。

2.空调安装施工过程管理不当

空调系统安装施工过程中涉及的方面比较广泛，对其进行有效的管理能够保证工程稳定进行。然而，目前在很多大型商场空调安装系统施工过程中存在管理不善的问题，促使工程使用的材料存在问题；空调绝热处理存在问题；布线的放置存在问题等，严重影响空调系统安装的质量，降低大型商场中空调使用寿命。空调系统安装工程管理不当，不仅无法保证工程质量，还间接降低空调系统的使用。在大型商场长期使用空调系统的过程中将会出现各种问题，影响商场正常使用空调。

3.对空调系统安装后期检测工作管理不够严格

空调系统安装工程的后期检验工作非常重要，最终确定空调安装质量。之所以对检验工作进行管理是为了保证检验工作的工作质量。对检验工作的管理不够严格，在对大型商场空调安装工程检验上不够细致，很可能忽视空调系统中存在的漏洞，可能成为空调系统的隐患，在某个时候将使空调系统出现故障。

二、大型商场空调系统安装管理改善措施

1.制定明确的施工目标

确定大型商场空调系统安装工程的施工目的，从而保证工程的质量，明确工程的工期，确定施工人员的安全。通常在大型商场中空调系统安装工程管理的最终的目标是商场空调安装的稳定。空调系统安装稳定，最大限度的降低对商场其他设施可能造成的破坏。制定明确的施工目标，相应的管理工作能够为了工程能够达到目标而加大对空调系统安装工程的管理力度，从施工前期准备工作到最后工程自检的全过程进行控制和监督，提高空调系统安装工程的整体质量，为大型商场提供一个优质的、完善的、耐用的空调系统。

2.加强空调系统安装施工过程管理

空调系统安装工程施工涉及方面是整个工程中最广的，在对其进行管理时要加大监督和控制力度，保证工程质量和施工安全。管理空调系统安装工程施工过程的具体内容是保证施工使用的材料达到标准；保证施工安装设备正常运行；保证与土建施工相配合等等施工所涉所以事项。加强施工管理是从空调系统安装基本工作进行严格的监督和控制，空调系统安装的整个工程的质量将会得到保证。

3.加大空调系统安装工程自检工作管理的力度

大型商场中空调的使用非常重要，尤其在夏季，商场内温度比较凉爽，顾客才能有心情购买物品。保证大型商场空调的正常使用非常重要。对空调系统安装工程最后的自检工作进行严格的管理，提高自检工作的质量，确保空调系统安装的自检工作的质量能够提高，对空调系统安装工程的每个环节都能够详细的检查，细致到一个螺丝是否固定。因为在很多时候，空调系统出现问题往往是因为忽视小问题而转换成隐患，导致空调无法使用。所以，加大空调系统安装工程自检工作的管理力度，使空调系统自检工作尽善尽美，大型商场有一个良好的空调系统。

三、大型商场空调系统安装常见的问题

大型商场空调系统安装工程中常见的问题出现在具体施工过程较多，因为具体施工过程中由于安装繁琐或与土建施工相冲突等问题的存在，使工程有不完善的地方。空调系统安装中常见的问题由：

1.空调系统安装管材的选择

空调系统中管道的质量至关重要，直接影响空调是否正常运行空调系统中包括空调制冷、绝热、冷热水系统等等。要求管道能够抗高温、抗冷冻、耐久性、耐磨性等体特点。然而，在实际空调系统安装中管道材料的选取存在一定的质量问题，其主要是大型商场空调系统的安装由具体的安装单位进行，商场支付费用。一些安装单位为了降低工程成本，管材的质量较低，不利于大型商场中空调长久使用。

2.空调系统安装布线问题

在大型商场中需要安装很多个空调，空调系统是对整个商场中空调的控制。空调系统安装施工中布线环节经常出现错误，空调中的制冷线、电源线、控制线等很容混淆，导线安装不当，也会发生短路，施工人员不谨慎对待，布线环节很容易出现问题。

3.空调系统绝热问题处理

空调系统绝热处理是保证空调能够持续制冷，通常空调绝热出现问题的原因是冷媒管处理不善，未严格按照规定进行设计及施工，冷媒管的安装不严密、未将保温套管很好的套在冷媒管上、绝热层出现断层等现现象的出现，影响空调制冷系统。

四、大型商场空调系统安装常见问题的改善措施

保证大型商场空调系统能够长久使用的最主要问题是解决空调系统安装工程中常见的问题，主要的改善措施是在空调系统安装工程实施前制定一个详细的、合理的安装施工方案，将施工中经常容易出现问题的环节进行标注，并制定有效的预防措施。商场确定具体的负责人对空调安装工程进行严格的监管，保证施工人员按照施工方案进行施工，对于经常出现问题的施工环节根据施工方案制定的办法进行实施，例如，在处理空调布线的施工环节时，将空调的控制线采用屏蔽线沿着冷媒管进行捆扎敷设，空系统的电源线平行铺设，并与控制线保持250mm以上的距离，避免两种线混淆。在处理空调绝热施工环节，上注重冷媒管材料的选取，在达到工程质量要求标准的基础上，首先将保温套管按照正确的操作步骤穿在冷媒管上；其次，焊接冷媒管的接头，保证冷媒管的接头密封性完好；最后保温套管搭接部位用胶带捆扎严实，保证不受到干扰。

大型商场空调系统安装工程在严格的管理及正确的施工下，能够有效的解决空调系统安装常见的问题，保证空调系统安装工程的质量，使大型商场有一个良好的空调系统，能够长久的使用。

五、结束语

大型商场中空调系统安装比较复杂，需要注意的事项较多，如需要与土建施工配合；施工中避免碰触其他设施或线路等。所以，大型商场空调安装经常出现各种各样的问题。另外，大型商场的空调系统的安装都是由具体的安装单位进行，商场不对空调系统安装进行有效的管理，空调系统安装工程的质量难以保证。目前，大型商场空调系统安装工程在管理上和施工上存在一定的的问题，只有采取有效的措施将其进行改善，大型商场的空调系统的质量才能够得到保证，提高空调系统的使用寿命，大型商场中空调系统长久的使用。

参考文献：

[1]元玉栋.商场空调系统存在问题的分析及措施[A].山东省暖通空调制冷2007年学术论文集[C].2007