一種多平臺數(shù)控仿真器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多平臺數(shù)控仿真器，其主要技術(shù)特點是：包括PLC板和NC板，PLC板由ARM?M3主板、機床操作面板、數(shù)控操作面板、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、手輪、EEPROM構(gòu)成；NC板由ARM?A53主板、PCL運動控制板、觸摸屏、SD卡、SRAM、伺服驅(qū)動器、變頻器構(gòu)成，ARM?53主板通過USB接口與ARM?M3主板相連接，ARM?53主板通過CAN總線與PCL運動控制板相連接，PCL運動控制板分別與伺服驅(qū)動器、變頻器相連接。本發(fā)明能夠在保證用戶操作真實體驗的同時，增加了系統(tǒng)的交互性和靈活性，使整個數(shù)控加工過程更加直觀和透明，解決現(xiàn)有數(shù)控仿真產(chǎn)品存在的針對性不強、真實感不足、培訓(xùn)功能單一、培訓(xùn)資源浪費等問題，大大降低了投入成本，具有廣闊的市場和應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種多平臺數(shù)控仿真器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)控仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種多平臺數(shù)控仿真器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)在各行各業(yè)、尤其是精加工行業(yè)取得了廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)也取得了重大的發(fā)展，數(shù)控機床的使用更推動了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床是以CNC為核心，綜合了精密的機械、電子、電力拖動、自動控制、自動檢測、傳感器等技術(shù)而發(fā)展起來的一種技術(shù)通用制造設(shè)備。數(shù)控仿真系統(tǒng)是建立在實際數(shù)控操作基礎(chǔ)之上，用計算機進行動態(tài)仿真的系統(tǒng)，在數(shù)控教學(xué)領(lǐng)域有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?shù)控教學(xué)大致包括一般數(shù)控知識的教學(xué)和實際操作技能的培訓(xùn)兩部分，相應(yīng)的培訓(xùn)除了必要的理論講解，大部分工作是在數(shù)控設(shè)備上的實際操作訓(xùn)練。而數(shù)控設(shè)備價格昂貴，培訓(xùn)者的誤操作還可能會危及機床設(shè)備甚至操作者自身的安全。因此，數(shù)控先期教學(xué)不適合在實際設(shè)備上進行。隨著計算機軟硬件技術(shù)、圖形圖像處理及虛擬加工技術(shù)的發(fā)展，建立一個經(jīng)濟、高效、快捷、通用的數(shù)控加工教學(xué)平臺已經(jīng)成為可能。在這個數(shù)控加工教學(xué)平臺上，操作者能夠在生動、直觀的動畫環(huán)境下，數(shù)控編程、手工操作、試對刀和數(shù)控加工，猶如在操作一臺真正的數(shù)控機床。
[0003]然而，由于數(shù)控系統(tǒng)廠家眾多，系統(tǒng)多種多樣，指令格式和操作模式各不相同，迫切的需要一種能用單一設(shè)備實現(xiàn)各種數(shù)控系統(tǒng)仿真的途徑。以數(shù)控職業(yè)技能培訓(xùn)為例，一個學(xué)校如果要培訓(xùn)不同的數(shù)控系統(tǒng)就需要購置不同數(shù)控系統(tǒng)的機床設(shè)備，而這些設(shè)備價格昂貴，需要巨大的前期投入，極大的提高了教學(xué)成本，造成了教學(xué)資源的浪費。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計合理、適用范圍廣泛且節(jié)約資源的多平臺數(shù)控仿真器。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]一種多平臺數(shù)控仿真器，包括PLC板和NC板，所述PLC板由ARM-M3主板、機床操作面板、數(shù)控操作面板、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、手輪、EEPROM構(gòu)成，所述ARM-M3主板分別與機床操作面板、數(shù)控操作面板、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、手輪、EEPROM及上位機相連接;所述NC板由ARM-A53主板、PCL運動控制板、觸摸屏、SD卡、SRAM、伺服驅(qū)動器、變頻器構(gòu)成，ARM-53主板通過HDMI接口與觸摸屏相連接，ARM-53主板通過I/O接口與SD卡、SRAM相連接，ARM-53主板通過USB接口與ARM-M3主板相連接，ARM-53主板通過CAN總線與PCL運動控制板相連接，所述PCL運動控制板分別與伺服驅(qū)動器、變頻器相連接。
[0007]所述ARM-M3主板包括ARM-M3控制器、輸入端口電路及其光耦隔離電路、輸出端口電路及其光耦隔離電路、手輪端口電路及其正交編碼器輸入電路、矩陣掃描陣列、AD電路、DA電路、隔離I/O電路;所述ARM-M3控制器通過輸入端口電路及其光耦隔離電路與輸入設(shè)備相連接，所述ARM-M3控制器通過輸出端口電路及其光耦隔離電路與輸出設(shè)備相連接，所述ARM-M3控制器通過手輪端口電路及其正交編碼器輸入電路與手輪相連接，所述ARM-M3控制器通過矩陣掃描陣列與數(shù)控操作面板相連接，所述ARM-M3控制器通過AD電路、DA電路及隔離I/O電路與機床操作面板相連接，所述ARM-M3控制器通過USB接口與上位PC機相連接，所述ARM-M3控制器與EEPROM相連接。
[0008]所述輸入設(shè)備包括急停開關(guān)、波段開關(guān)和開關(guān)按鈕;輸出設(shè)備包括指示燈及數(shù)碼管。
[0009]所述PCL運動控制板包括PCL6045B運動控制芯片、正交編碼器輸出電路、方向控制電路、正交編碼器輸入電路、限位開關(guān)輸入電路、CAN接口電路、AD電路、DA電路、隔離I/O電路;該PCL6045B運動控制芯片通過多組正交編碼器輸出電路和方向控制電路與多個伺服電機相連接，PCL6045B運動控制芯片通過正交編碼器輸入電路與編碼器相連接，PCL6045B運動控制芯片通過限位輸入電路與限位開關(guān)相連接，PCL6045B運動控制芯片通過通過CAN接口電路與ARM-A53主板相連接，PCL6045B運動控制芯片通過AD電路、DA電路、隔離I/O電路與變頻器相連接。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:
[0011]1、本發(fā)明設(shè)計合理，其采用高性能的單片機處理器和控制電路板為核心構(gòu)建，操作面板的獨立性高，易于更換，通過對操作面板的更換可以實現(xiàn)單一硬件平臺下對多種不同類型數(shù)控系統(tǒng)操作方式的模擬，還可以虛擬數(shù)控仿真平臺相連接，以實現(xiàn)虛實結(jié)合的仿真模式。本多平臺數(shù)控仿真器在保證用戶操作真實體驗的同時，增加了系統(tǒng)的交互性和靈活性，使整個數(shù)控加工過程更加直觀和透明，能夠幫助使用者更好的了解整個數(shù)控加工的過程，解決現(xiàn)有數(shù)控仿真產(chǎn)品存在的針對性不強，真實感不足、培訓(xùn)功能單一、培訓(xùn)資源浪費等問題。
[0012]2、本多平臺數(shù)控仿真器能夠在同一硬件環(huán)境下，通過改變功能映射，實現(xiàn)多種不同類型數(shù)控系統(tǒng)的仿真，如FANUC、SMEMS和華中等加工中心和數(shù)控車的數(shù)控系統(tǒng)，通過一機多用，大大降低了投入成本，避免了硬件資源的重復(fù)配置和浪費，具有廣闊的市場和應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的電路方框圖；
[0014]圖2為本發(fā)明的ARM-M3主板的電路方框圖；
[0015]圖3為本發(fā)明的PCL運動控制板的電路方框圖；
[0016]圖4為本發(fā)明的軟硬件控制原理圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳述:
[0018]一種多平臺數(shù)控仿真器，如圖1所示，包括PLC板和NC板，所述PLC板由ARM-M3主板、機床操作面板、數(shù)控操作面板、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、手輪、EEPROM構(gòu)成，所述ARM-M3主板分別與機床操作面板、數(shù)控操作面板、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、手輪、EEPROM及上位機相連接，該ARM-M3主板通過USB接口與NC板相連接進行通訊，該ARM-M3主板通過USB接口與上位機相連接。所述NC板由ARM-A53主板、PCL運動控制板、觸摸屏、SD卡、SRAM、伺服驅(qū)動器、變頻器構(gòu)成，ARM-53主板通過HDMI接口與觸摸屏相連接，ARM-53主板通過I/O接口與SD卡、SRAM相連接，ARM-53主板通過USB接口與PLC板的ARM-M3相連接，ARM-53主板通過CAN總線與PCL運動控制板相連接，所述PCL運動控制板分別與伺服驅(qū)動器、變頻器、編碼器及限位開關(guān)相連接。下面對各個組成部分分別進行說明:
[0019]如圖2所示，所述ARM-M3主板包括ARM-M3控制器、輸入端口電路及其光耦隔離電路、輸出端口電路及其光耦隔離電路、手輪端口電路及其正交編碼器輸入電路、矩陣掃描陣列、AD電路、DA電路、隔離I/O電路。ARM-M3控制器通過輸入端口電路及其光耦隔離電路與輸入設(shè)備相連接，上述輸入設(shè)備包括急停開關(guān)、波段開關(guān)、開關(guān)按鈕等;ARM-M3控制器通過輸出端口電路及其光耦隔離電路與輸出設(shè)備相連接，上述輸出設(shè)備包括指示燈及數(shù)碼管等。ARM-M3控制器通過手輪端口電路及其正交編碼器輸入電路與手輪相連接，ARM-M3控制器通過矩陣掃描陣列與數(shù)控操作面板相連接，ARM-M3控制器通過AD電路、DA電路及隔離I/O電路與機床操作面板相連接。數(shù)控操作面板、機床操作面板均為可更換部件，通過更換操作面板可以實現(xiàn)不同數(shù)控系統(tǒng)的功能轉(zhuǎn)換。例如，將FANUC系統(tǒng)加工中心的操作面板更換為FANUC系統(tǒng)數(shù)控車的操作面板，然后調(diào)用FANUC系統(tǒng)數(shù)控車的功能軟件，即可實現(xiàn)由FANUC系統(tǒng)加工中心仿真向FANUC系統(tǒng)數(shù)控車仿真的轉(zhuǎn)換;將FANUC系統(tǒng)數(shù)控車的操作面板更換為華中數(shù)控車的操作面板，然后調(diào)用華中數(shù)控車的功能軟件，即可實現(xiàn)由FANUC系統(tǒng)數(shù)控車仿真向華中數(shù)控車仿真的轉(zhuǎn)換。
[0020]如圖3所示，所述PCL運動控制板包括PCL6045B運動控制芯片、正交編碼器輸出電路、方向控制電路、正交編碼器輸入電路、限位開關(guān)輸入電路、CAN接口電路、AD電路、DA電路、隔離I/O電路;該PCL6045B運動控制芯片通過多組正交編碼器輸出電路和方向控制電路與多個伺服電機相連接，PCL6045B運動控制芯片通過正交編碼器輸入電路與編碼器相連接，PCL6045B運動控制芯片通過限位輸入電路與限位開關(guān)相連接，PCL6045B運動控制芯片通過通過CAN接口電路與ARM-A53主板相連接，PCL6045B運動控制芯片通過AD電路、DA電路、隔離I/O電路與變頻器相連接。本實施例采用的PCL6045BL運動控制芯片是日本NPM公司設(shè)計的一款功能最強大的專用DSP運動控制芯片。PCL6045BL是一種通過總線接收CPU命令并產(chǎn)生脈沖來控制步進電機或脈沖驅(qū)動型伺服電機的CMOS大規(guī)模集成電路。該芯片可提供多種脈沖輸出控制功能，包括勻速、線形或S曲線加速、減速、連續(xù)、定長、回原點等輸出方式。PCL6045BL可控制多達4軸的運動，包括2至4軸線形插補以及任意兩軸的圓弧插補。該芯片還提供一些引腳，用于對其工作狀態(tài)進行監(jiān)測、多種條件下中斷信號輸出，以及控制伺服驅(qū)動器所需要的功能接口，使得(PU通過簡單的命令便可實現(xiàn)各種運動控制。
[0021]在本實施例中，ARM-A53主板采用ARM Cortex_A531.2GHz四核處理器的BroadcomBCM2837SoC，可提供802.11b/g/n無線LAN、常規(guī)藍牙和低功耗藍牙的BCM43438組合連接設(shè)備。BCM2837內(nèi)建雙核VideoCore IV多媒體協(xié)同處理器，可提供以下功能:1.2Gpixels/s像素填充率，1.8Gtexel/s紋理處理率；29GFL0P著色運算吞吐量；支持OpenGL ES 1.1/2.0；1080p60硬件視頻解碼；1080p30硬件視頻解碼;硬件圖像傳感器管芯。主板操作系統(tǒng)安裝程序捆綁了各種效率的應(yīng)用程序，以及包括Node-RED在內(nèi)的編程工具，這一可視化工具為硬件設(shè)備、API和在線服務(wù)的聯(lián)網(wǎng)提供支持，從而使得該主板非常適合物理聯(lián)網(wǎng)項目的快速開發(fā)和原型設(shè)計。主板上載有豐富的40針GP1 (通用輸入輸出接口)接頭；四個USB連接端口 ；全高清HDMI; 10/100以太網(wǎng)；3.5mm音頻插孔和復(fù)合視頻;攝像頭(CS1-2)和顯示屏(DSI)接口 ；以及micro-SD卡插槽。主機板通過micro-USB插孔供電并需要使用外部插入式電源裝置(PSU)0
[0022]本多平臺數(shù)控仿真器內(nèi)安裝有多平臺數(shù)控仿真軟件，如圖4所示，該多平臺數(shù)控仿真軟件包括數(shù)控仿真系統(tǒng)操作界面、數(shù)控系統(tǒng)動態(tài)建模、系統(tǒng)參數(shù)區(qū)、功能映射配置描述、虛擬NC層及虛擬PLC層模塊，該數(shù)控仿真系統(tǒng)操作界面用以模擬對數(shù)控機床的操控，該數(shù)控系統(tǒng)動態(tài)建模用于實現(xiàn)功能組件的動態(tài)調(diào)用、擴展和維護功能，該功能映射配置描述作為一個配置描述文件，定義了系統(tǒng)的具體工作模式，該虛擬NC層是不同NC模塊的接口層以兼容不同的NC模塊，虛擬PLC層是不同PLC模塊的接口層以兼容不同的PLC模塊，NC模塊和PLC模塊通過系統(tǒng)參數(shù)區(qū)交換數(shù)據(jù)。
[0023]本多平臺數(shù)控仿真器通過ARM-M3控制器與上位PC機進行通訊，可以實時顯示數(shù)控系統(tǒng)的操作數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，并可接收上位PC機下行指令，更新仿真器的系統(tǒng)狀態(tài)。仿真器操作信號的傳送過程為:操作面板等操作元件的輸入信號上行傳送，其過程為操作元件操作，ARM-M3控制器掃描操作狀態(tài)，按統(tǒng)一的通訊協(xié)議封裝操作數(shù)據(jù)，經(jīng)外部串行接口傳輸?shù)絇C端，下行信號傳輸過程與上行信號相反。
[0024]需要強調(diào)的是，本發(fā)明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包括并不限于【具體實施方式】中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種多平臺數(shù)控仿真器，其特征在于:包括PLC板和NC板，所述PLC板由ARM-M3主板、機床操作面板、數(shù)控操作面板、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、手輪、EEPROM構(gòu)成，所述ARM-M3主板分別與機床操作面板、數(shù)控操作面板、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、手輪、EEPROM及上位機相連接;所述NC板由ARM-A53主板、PCL運動控制板、觸摸屏、SD卡、SRAM、伺服驅(qū)動器、變頻器構(gòu)成，ARM-53主板通過HDMI接口與觸摸屏相連接，ARM-53主板通過I/O接口與SD卡、SRAM相連接，ARM-53主板通過USB接口與ARM-M3主板相連接，ARM-53主板通過CAN總線與PCL運動控制板相連接，所述PCL運動控制板分別與伺服驅(qū)動器、變頻器相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多平臺數(shù)控仿真器，其特征在于:所述ARM-M3主板包括ARM-M3控制器、輸入端口電路及其光耦隔離電路、輸出端口電路及其光耦隔離電路、手輪端口電路及其正交編碼器輸入電路、矩陣掃描陣列、AD電路、DA電路、隔離I/O電路;所述ARM-M3控制器通過輸入端口電路及其光耦隔離電路與輸入設(shè)備相連接，所述ARM-M3控制器通過輸出端口電路及其光耦隔離電路與輸出設(shè)備相連接，所述ARM-M3控制器通過手輪端口電路及其正交編碼器輸入電路與手輪相連接，所述ARM-M3控制器通過矩陣掃描陣列與數(shù)控操作面板相連接，所述ARM-M3控制器通過AD電路、DA電路及隔離I/O電路與機床操作面板相連接，所述ARM-M3控制器通過USB接口與上位PC機相連接，所述ARM-M3控制器與EEPROM相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多平臺數(shù)控仿真器，其特征在于:所述輸入設(shè)備包括急停開關(guān)、波段開關(guān)和開關(guān)按鈕;輸出設(shè)備包括指示燈及數(shù)碼管。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多平臺數(shù)控仿真器，其特征在于:所述PCL運動控制板包括PCL6045B運動控制芯片、正交編碼器輸出電路、方向控制電路、正交編碼器輸入電路、限位開關(guān)輸入電路、CAN接口電路、AD電路、DA電路、隔離I/0電路;該PCL6045B運動控制芯片通過多組正交編碼器輸出電路和方向控制電路與多個伺服電機相連接，PCL6045B運動控制芯片通過正交編碼器輸入電路與編碼器相連接，PCL6045B運動控制芯片通過限位輸入電路與限位開關(guān)相連接，PCL6045B運動控制芯片通過通過CAN接口電路與ARM-A53主板相連接，PCL6045B運動控制芯片通過AD電路、DA電路、隔離I/O電路與變頻器相連接。
【文檔編號】G09B25/02GK105938678SQ201610521621
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年7月5日
【發(fā)明人】周彧, 岳維亮, 唐山明, 韓光正
【申請人】天津領(lǐng)智科技有限公司