專利名稱：用于集成手動(dòng)脈沖發(fā)生器和總線式機(jī)床控制面板的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及開(kāi)放式的總線數(shù)控系統(tǒng)，更具體地i兌，涉及數(shù)控系統(tǒng)中總 線式機(jī)床控制面板和手動(dòng)脈沖發(fā)生器的設(shè)置方式。
背景技術(shù)：
機(jī)床鍵盤(pán)，又稱數(shù)控鍵盤(pán)、機(jī)床軟鍵盤(pán)、工業(yè)控制鍵或機(jī)床控制面板。在 現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中，已是必備設(shè)備。機(jī)床鍵盤(pán)(機(jī)床控制面板)與上位機(jī) 所使用的鍵盤(pán)是有區(qū)別的，上位機(jī)的鍵盤(pán)通常只有簡(jiǎn)單的輸入數(shù)字、字母的功 能。而機(jī)床控制面板，其上的各個(gè)功能鍵分別對(duì)應(yīng)執(zhí)行某種固定操作，直接控 制機(jī)床的動(dòng)作及加工過(guò)程，如，急停、模式選擇、軸向選擇、切削進(jìn)給速度調(diào) 整、主軸轉(zhuǎn)速調(diào)整、主軸的起停、程序調(diào)試功能及其它M、 S、 T功能等。鍵盤(pán) 上通常還具有指示狀態(tài)等方式的輸出。
在數(shù)控機(jī)床上，手動(dòng)脈沖發(fā)生器(下文簡(jiǎn)稱手脈)通過(guò)手動(dòng)回轉(zhuǎn)搖把輸出 脈沖，可以精確地驅(qū)使刀具、工件及其他部件的移動(dòng)以及定位。通常手動(dòng)脈沖 發(fā)生器上設(shè)置有刻度盤(pán)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)刻度時(shí)，對(duì)應(yīng)輸出一個(gè)脈沖，驅(qū)動(dòng)刀具或 工件移動(dòng)一定距離，從而刀具或工件總的移動(dòng)距離與輸出的脈沖個(gè)數(shù)成正比。 同時(shí)手動(dòng)脈沖發(fā)生器又根據(jù)轉(zhuǎn)向輸出驅(qū)動(dòng)刀具或工件不同方向移動(dòng)的脈沖，即 輸出正向脈沖或輸出反向脈沖。在現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)中，手脈的設(shè)計(jì)通常是 通過(guò)單獨(dú)的總線或者作為一個(gè)軸設(shè)備向數(shù)控系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的。而且一般的中低
端數(shù)控系統(tǒng)只能支持單手脈。
在數(shù)控系統(tǒng)中，手脈和機(jī)床控制面板是機(jī)床調(diào)試和生產(chǎn)中必要的部件?，F(xiàn)
有技術(shù)中二者的設(shè)置方式如

圖1所示，其中，CNC控制器作為一個(gè)集成多種硬
件的設(shè)備，不但體積大、成本高，而且由于硬件、軟件兩方面相互制約，在擴(kuò) 展性方面較差，不符合當(dāng)今開(kāi)放性設(shè)計(jì)的理念。因此如何有效地設(shè)置機(jī)床控制 面板和手脈設(shè)備，以達(dá)到硬件、軟件兩方面的最優(yōu)配置，是總線式數(shù)控系統(tǒng)亟 待解決的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種用于集成手動(dòng)脈沖發(fā)生器和總線式
機(jī)床控制面板的裝置，其前提是將現(xiàn)有技術(shù)以硬件方式設(shè)置的CNC控制器省略， 在以軟件方式實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，又將手動(dòng)脈沖發(fā)生器處理功能與機(jī)床控制面板相 結(jié)合，從而達(dá)到硬件資源最優(yōu)化、降低成本的目的，同時(shí)以開(kāi)放式設(shè)計(jì)的理念 增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了 一種用于集成手動(dòng)脈沖發(fā)生器和總 線式機(jī)床控制面板的裝置，包括用于處理手動(dòng)脈沖發(fā)生器輸入信號(hào)的手脈功能 模塊、用于控制機(jī)床控制面板輸入/輸出的PLC功能模塊。還包括設(shè)置有物理層 接口用于控制與上位機(jī)之間通信的物理層控制模塊，以及根據(jù)總線通訊協(xié)議解 析信息數(shù)據(jù)的總線協(xié)議解析模塊。其中，信息的通路有如下方式1、來(lái)自上位 機(jī)的信息通過(guò)所述物理層控制模塊送至總線協(xié)議解析模塊，在解析后由所述 PLC功能模塊輸出；2、機(jī)床控制面板利用所述PLC功能模塊輸入信號(hào)，在總 線協(xié)議解析模塊解析后通過(guò)所述物理層控制模塊送至上位機(jī)；3、手動(dòng)脈沖發(fā)生 器利用所述手脈功能模塊處理信號(hào)，然后將數(shù)據(jù)輸入手脈總線協(xié)議解析模塊， 在總線協(xié)議解析模塊解析后通過(guò)所述物理層控制模塊送至主設(shè)備。
以本實(shí)用新型設(shè)置方式實(shí)現(xiàn)的PLC功能才莫塊，采用24輸入/16輸出的PLC 1/0接口控制模塊方式。而且可以設(shè)置卜4個(gè)PLC功能模塊，相應(yīng)的需要有l(wèi)-4 個(gè)總線協(xié)議解析模塊。當(dāng)然也可以設(shè)置l-3個(gè)手動(dòng)脈沖發(fā)生器，相應(yīng)的，分別設(shè) 置手脈功能模塊和總線協(xié)議解析模塊。
優(yōu)選方式下，物理層控制模塊、總線協(xié)議解析模塊以及PLC功能模塊、手 脈處理模塊可以利用一個(gè)片上集成系統(tǒng)FPGA實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然為了適應(yīng)現(xiàn)有技術(shù)中 各個(gè)廠家根據(jù)各自總線協(xié)議開(kāi)發(fā)出廠的總線協(xié)議解析和通信控制芯片，也可采 用傳統(tǒng)方式，將手脈處理模塊和PLC功能模塊分別由獨(dú)立的單芯片實(shí)現(xiàn)。
通過(guò)上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型用于集成手動(dòng)脈沖發(fā)生器和總線式機(jī)床控 制面板的裝置，首先將手脈和機(jī)床控制面板結(jié)合為一體，置于機(jī)床前端，可以 有效地減少手脈連線長(zhǎng)度和復(fù)雜度；同時(shí)，機(jī)床控制面板通過(guò)總線和系統(tǒng)相連， 有效減少機(jī)床控制面板和PLC之間的連線數(shù)量，降低連線復(fù)雜度；從而解決了 傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)在硬件CNC控制器方式下需要長(zhǎng)距離傳輸線、多硬件設(shè)備的高成 本問(wèn)題。而且由于手脈和機(jī)床控制面板之間通過(guò)總線和上位機(jī)主設(shè)備相連，系 統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活，可以開(kāi)放的設(shè)置多個(gè)手脈，從而適應(yīng)多種高檔數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng) 用。本實(shí)用新型采用對(duì)等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。在優(yōu)選方式下， 多個(gè)功能模塊的電路由一個(gè)FPGA單芯片集成，設(shè)置在板卡上，從而方便控制 面板上輸入部件(如按鍵)或輸出部件(如指示燈)的設(shè)置，在最少硬件資源 的前提下即可實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制面板與多個(gè)手脈的功能。
附困說(shuō)明
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)床控制面板與手脈的設(shè)置方式示意圖2是本實(shí)用新型機(jī)床控制面板與手脈集成裝置的功能模塊示意圖； 圖3是本實(shí)用新型一種機(jī)床控制面板與手脈集成的實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖2所示，本實(shí)用新型用于在總線式數(shù)控系統(tǒng)中才幾床控制面板與手動(dòng)脈 沖發(fā)生器的集成裝置。其中，上位機(jī)與總線控制器構(gòu)成總線式數(shù)控系統(tǒng)中的主 設(shè)備?？梢酝ㄟ^(guò)本申請(qǐng)人在2007年1月15日提交的中國(guó)專利申請(qǐng) 200710010062.0中涉及的總線式數(shù)控系統(tǒng)來(lái)理解本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)。但本實(shí)用 新型并非僅僅限定于該申請(qǐng)的環(huán)形總線式數(shù)控系統(tǒng)，本實(shí)用新型可適用于任何 以總線方式實(shí)現(xiàn)的數(shù)控系統(tǒng)中。
總線控制器的實(shí)現(xiàn)在本申請(qǐng)人2007年1月15日提交的中國(guó)專利申請(qǐng) 200710010050.8中提供了 一種適用于上述環(huán)形總線式數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式。當(dāng) 然根據(jù)具體選擇的總線式數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，總線控制器的實(shí)現(xiàn)有所變化，但為 了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，必須為機(jī)床控制面板設(shè)置獨(dú)立的、雙向通訊的物理接口， 優(yōu)選方式下選用以太網(wǎng)物理層接口 ，而傳輸介質(zhì)選用超五類雙絞線或光纖。
圖2中給出了需要實(shí)現(xiàn)某一功能所需的電路模塊。包括實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制面板 功能的PLC功能模塊、處理手脈信號(hào)的手脈功能模塊。以及物理層控制模塊和 總線協(xié)議解析模塊。
上述各個(gè)模塊的功能如下
1、手脈功能模塊，設(shè)置有接收手脈輸入信號(hào)的接口，主要完成對(duì)手脈輸入 信號(hào)的方向判斷和計(jì)數(shù)，并將其轉(zhuǎn)化為總線能夠接受的數(shù)據(jù)以便傳輸，通常設(shè) 置有倍頻處理電路，以便擴(kuò)展信號(hào)，增強(qiáng)處理的可靠性。這個(gè)模塊在現(xiàn)有技術(shù) 實(shí)現(xiàn)手脈功能的結(jié)構(gòu)中是必須的。
2、 PLC功能模塊，是實(shí)現(xiàn)PLCI/0接口控制功能的模塊。機(jī)床控制面板作 為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)PLC設(shè)備進(jìn)行控制。這個(gè)PLC和數(shù)控系統(tǒng)軟件的軟PLC管理程序 之間遵循數(shù)控系統(tǒng)支持的總線協(xié)議，通過(guò)總線控制器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。由于才幾床 控制面板對(duì)響應(yīng)速度要求比較高，在上位機(jī)軟件系統(tǒng)中將機(jī)床控制面板設(shè)置為 最高響應(yīng)、處理優(yōu)先級(jí)，以便保證機(jī)床控制面板和上位機(jī)之間數(shù)據(jù)交互的實(shí)時(shí) 性。利用PLCI/0接口控制功能的模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制面板，在現(xiàn)有技術(shù)數(shù)控系統(tǒng) 是常見(jiàn)的方式。
3、 總線協(xié)議解析模塊，主要根據(jù)特定通訊協(xié)議解析信息數(shù)據(jù)。具體地說(shuō)， 在本實(shí)用新型中，主要將來(lái)自上位機(jī)的信息處理成PLC功能模塊可處理的數(shù) 據(jù)；或者將來(lái)自,機(jī)床控制面板輸入的數(shù)據(jù)以及手脈輸入的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為遵循總線 協(xié)議的數(shù)據(jù)以便傳輸。這個(gè)模塊需要根據(jù)具體的總線協(xié)議定義，通常各個(gè)廠家 定義的協(xié)議各不相同，因此，模塊電路的設(shè)計(jì)也各不相同，通常廠家將總線協(xié) 議解析模塊封裝為單芯片產(chǎn)品使用。
4、 物理層控制模塊，是控制傳輸時(shí)序、設(shè)置物理層通訊接口的電路模塊， 用于控制與上位機(jī)之間的通信。各廠家往往將總線協(xié)議解析模塊與物理層控制 模塊集成為一個(gè)芯片產(chǎn)品。
在圖2中，來(lái)自上位機(jī)的信息通過(guò)物理層控制模塊送至總線協(xié)議解析模塊，
在解析后由PLC功能模塊輸出，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制面板的輸出功能。
同時(shí)，機(jī)床控制面板利用PLC功能模塊輸入信號(hào)，在總線協(xié)議解析模塊解
析后通過(guò)所述物理層控制模塊送至上位機(jī)，上位機(jī)進(jìn)而驅(qū)動(dòng)和控制由伺服驅(qū)動(dòng) 器和電機(jī)等構(gòu)成的從設(shè)備。
而手動(dòng)脈沖發(fā)生器輸入的信號(hào)，由手脈功能模塊處理；在信號(hào)處理后，將 信號(hào)數(shù)據(jù)輸入到總線協(xié)議解析模塊，在總線協(xié)議解析模塊解析后，輸入數(shù)據(jù)利
用物理層控制模塊送至上位機(jī)，進(jìn)而上位機(jī)精確地驅(qū)動(dòng)電機(jī)的進(jìn)給與定位。
實(shí)際上，也可以將手脈和機(jī)床控制面板理解為數(shù)控系統(tǒng)的從設(shè)備，直接通 過(guò)總線和包括數(shù)控軟件系統(tǒng)的上位機(jī)相連并交互數(shù)據(jù)。
如圖3所示本實(shí)用新型最優(yōu)的實(shí)施方式。其中機(jī)床控制面板工作于PLC1/0 模式，可以擴(kuò)展成1-4個(gè)24輸入/16輸出的PLC I/O從設(shè)備，優(yōu)選方式為2-3個(gè)。 當(dāng)選用三個(gè)24輸入/16輸出的PLC I/O從設(shè)備時(shí)，機(jī)床控制面板支持72輸入， 48輸出。同時(shí)，手脈作為數(shù)控系統(tǒng)的從設(shè)備，也可以擴(kuò)展的加入1-3個(gè)。優(yōu)選 方式下，設(shè)置2個(gè)手脈就可完全滿足較為高檔數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用需要。圖3中，2 個(gè)手脈和2個(gè)由24輸入/16輸出PLC I/O接口模塊構(gòu)成的機(jī)床控制面板設(shè)計(jì)在 一塊PCB電路板上，作為4個(gè)從設(shè)備通過(guò)總線接收上位機(jī)的控制數(shù)據(jù)，并將自 身產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過(guò)總線返回到主設(shè)備。通常設(shè)計(jì)方式，采用手脈處理芯片+PLC 處理芯片的模式。最優(yōu)方式，采用單片F(xiàn)PGA完成多個(gè)PLC 1/0從設(shè)備和多路 手脈從設(shè)備的設(shè)計(jì)。
參考圖2中，圖中FPGA芯片同時(shí)還完成與上位機(jī)之間對(duì)等互聯(lián)總線協(xié)議 的控制以及對(duì)物理層的控制。在上位機(jī)的軟件系統(tǒng)中，將機(jī)床控制面板和手脈 設(shè)置高優(yōu)先級(jí)權(quán)限，加快其響應(yīng)時(shí)間。
在圖2和圖3中， 一個(gè)PLC功能模塊或一個(gè)手脈功能模塊分別對(duì)應(yīng)了 一個(gè) 總線協(xié)議解析模塊。通信過(guò)程，由物理層控制模塊實(shí)現(xiàn)，可以采用串連、依次 接收信息的通訊方式，也可采用設(shè)置標(biāo)志位選擇性的通訊方式實(shí)現(xiàn)。
以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型披露的技術(shù)范 圍內(nèi)，根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案及其實(shí)用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都 應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種用于集成手動(dòng)脈沖發(fā)生器和總線式機(jī)床控制面板的裝置，包括用于處理手動(dòng)脈沖發(fā)生器輸入信號(hào)的手脈功能模塊、用于控制機(jī)床控制面板輸入/輸出的PLC功能模塊；其特征在于，還包括設(shè)置有物理層接口用于控制與主設(shè)備之間通信的物理層控制模塊，以及根據(jù)通訊協(xié)議解析信息數(shù)據(jù)的總線協(xié)議解析模塊；其中，來(lái)自主設(shè)備的信息通過(guò)所述物理層控制模塊送至總線協(xié)議解析模塊，在解析后由所述PLC功能模塊輸出；機(jī)床控制面板利用所述PLC功能模塊輸入信號(hào)，在總線協(xié)議解析模塊解析后通過(guò)所述物理層控制模塊送至主設(shè)備；手動(dòng)脈沖發(fā)生器利用所述手脈功能模塊處理信號(hào)，然后將數(shù)據(jù)輸入手脈總線協(xié)議解析模塊，在總線協(xié)議解析模塊解析后通過(guò)所述物理層控制模塊送至主設(shè)備。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于集成手動(dòng)脈沖發(fā)生器和總線式機(jī)床控制面板的 裝置，其特征在于，所述PLC功能模塊為PLCI/0接口控制模塊。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述用于集成手動(dòng)脈沖發(fā)生器和總線式機(jī)床控制面板的 裝置，其特征在于，所述PLC功能模塊為24輸入/16輸出的PLC I/O接口控制模塊。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l-3任一所述用于集成手動(dòng)脈沖發(fā)生器和總線式機(jī)床控制 面板的裝置，其特征在于，設(shè)置l-3個(gè)手動(dòng)脈沖發(fā)生器，相應(yīng)的，包括分別處理 手動(dòng)脈沖發(fā)生器輸入信號(hào)的1-3個(gè)手脈功能模塊和總線協(xié)議解析模塊。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述用于集成手動(dòng)脈沖發(fā)生器和總線式機(jī)床控制面板的裝置，其特征在于，包括1-4個(gè)PLC功能模塊，相應(yīng)的，包括l-4個(gè)總線協(xié)議 解析模塊。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述用于集成手動(dòng)脈沖發(fā)生器和總線式機(jī)床控制面板的 裝置，其特征在于，所述物理層控制模塊、總線協(xié)議解析模塊以及PLC功能模 塊、手脈處理模塊由片上集成系統(tǒng)FPGA實(shí)現(xiàn)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述用于集成手動(dòng)脈沖發(fā)生器和總線式機(jī)床控制面板的 裝置，其特征在于，所述物理層控制模塊的物理層接口選用以太網(wǎng)物理接口， 而傳輸介質(zhì)選用超五類雙絞線或光纖。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述用于集成手動(dòng)脈沖發(fā)生器和總線式機(jī)床控制面板的 裝置，其特征在于，手脈處理模塊和PLC功能模塊分別由獨(dú)立的芯片實(shí)現(xiàn)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于集成手動(dòng)脈沖發(fā)生器和總線式機(jī)床控制面板的裝置，包括用于處理手動(dòng)脈沖發(fā)生器輸入信號(hào)的手脈功能模塊、用于控制機(jī)床控制面板輸入/輸出的PLC功能模塊；還包括設(shè)置有物理層接口用于控制與上位機(jī)之間通信的物理層控制模塊，以及根據(jù)通訊協(xié)議解析信息數(shù)據(jù)的總線協(xié)議解析模塊。本實(shí)用新型將手脈和機(jī)床控制面板結(jié)合為一體，置于機(jī)床前端，可以有效地減少手脈連線長(zhǎng)度和復(fù)雜度；解決了傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)在硬件CNC控制器方式下需要長(zhǎng)距離傳輸線、多硬件設(shè)備的高成本問(wèn)題。而且系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活，可以開(kāi)放的設(shè)置多個(gè)手脈，在采用對(duì)等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的前提下，提高了響應(yīng)速度。
文檔編號(hào)G05B19/409GK201000572SQ200720010278
公開(kāi)日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2007年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月24日
發(fā)明者于德海, 何興家, 超 吳, 孫福政, 張贊秋, 江世琳, 阮叁芽 申請(qǐng)人:大連光洋科技工程有限公司