專利名稱：一種數控機床控制系統及控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種數控機床控制系統及控制方法。
背景技術：
在CNC系統中，其主軸轉動和進給軸移動分別由主軸電機和進給電機來驅動，而輔助運動如主軸卡盤的松緊、刀庫的選刀、換刀等都是由PLC控制器來控制完成的。在傳統的CNC系統中，其PLC功能有兩種實現方式，一種方式是軟PLC方式，將PLC 功能直接在CNC主機上實現，將PLC的硬件接口設計在主機接口板上，PLC功能由主機處理器執(zhí)行。另外一種方式是獨立PLC方式，配置一臺獨立的PLC控制器，CNC系統主機通過通訊接口管理PLC控制器的來實現PLC功能。在基于實時以太網的CNC系統中，由于采用了實時以太網技術，傳統的PLC功能實現方式已經不能恰當的適應CNC系統的要求。本發(fā)明的發(fā)明人經過研究發(fā)現，如果采用軟 PLC方式，PLC功能執(zhí)行在CNC主機上，就不能很好的利用實時以太網通訊的高實時性能，實現CNC系統的模塊化設計，降低CNC主機軟件的復雜度以提高系統穩(wěn)定性，降低CNC主機處理器的負擔以提高CNC系統的性能。如果采用獨立通用PLC的方式，由于PLC的價格也比較昂貴，關鍵是PLC沒有實時以太網接口，現有的通訊接口效率低、數據協議開放不夠，限制了 CNC系統控制性能的提升。

發(fā)明內容
為了解決現有技術中CNC系統不能應用實時以太網技術的問題，本發(fā)明實施例提供了一種數控機床控制系統及控制方法。一種數控機床控制系統，包括CNC控制模塊，與所述CNC控制模塊連接的以太網通訊模塊以及與所述以太網通訊模塊連接的PLC模塊，所述CNC控制模塊通過所述以太網通訊模塊向所述PLC模塊發(fā)送控制命令，并通過所述以太網通訊模塊實時監(jiān)控PLC模塊執(zhí)行控制命令。一種數控機床控制方法，CNC控制模塊通過以太網通訊模塊向PLC模塊發(fā)送控制命令；PLC模塊將控制命令存儲在存儲器中；CNC控制模塊通過以太網通訊模塊實時監(jiān)控PLC模塊執(zhí)行控制命令。本發(fā)明實施例提出一種數控機床控制系統及控制方法，采用高集成度單片機為 CNC系統設計獨立運行的PLC模塊，并與實時以太網通過硬件接口連接，硬件結構簡單，軟件獨立設計，可以在較短時間內開發(fā)出穩(wěn)定可靠的PLC模塊，同時使得CNC系統主機可以使用很少的系統資源，實時管控PLC實現PLC功能，更好的輔助CNC系統的運動控制，并實現了 CNC系統的PLC功能模塊化設計。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。其中圖1顯示了實施例一中數控機床控制系統結構示意圖；圖2顯示了實施例一中數控機床控制系統結構示意圖；圖3顯示了實施例二中數控機床控制系統結構示意圖；圖4顯示了實施例三中數控機床控制方法流程圖。
具體實施例方式下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。實施例一本發(fā)明提供一種數控機床控制系統，其特征在于包括CNC控制模塊1、與所述CNC 控制模塊1連接的以太網通訊模塊2以及與所述以太網通訊模塊3連接的PLC模塊4，所述CNC控制模塊1通過所述以太網通訊模塊2向所述PLC模塊3發(fā)送控制命令，并通過所述以太網通訊模塊2實時監(jiān)控PLC模塊3執(zhí)行控制命令。所述CNC控制模塊1通過RJ45型以太網接口與以太網通訊模塊2連接。所述以太網通訊模塊2包括以太網協議控制器5和配置文件存儲器，所述以太網協議控制器采用FPGA，所述配置文件存儲器中存放Khernet POffERLINK配置文件和 EtherCAT配置文件，所述以太網協議控制器選擇寫入Khernet POffERLINK配置文件或 EtherCAT配置文件。所述以太網通訊模塊還包括配置文件選擇模塊，所述配置文件選擇模塊可以通過軟件或硬件的方式需按則不同的協議配置文件，通過軟件的方式時，將不同的配置文件存儲在存儲器中不同的存儲地址，配置文件選擇模塊通過訪問相應的地址獲取不同的配置文件。所述配置文件選擇模塊包括配置文件切換電路6，所述配置文件存儲器包括 Ethernet POffERLINK配置文件存儲器7和EtherCAT配置文件存儲器8，所述以太網協議控制器通過配置文件切換電路6選擇寫入Khernet POffERLINK配置文件或EtherCAT配置文件。目前實時性能達到數控系統應用開放的實時以太網技術有兩種，一種是EtherCAT 技術，另一種是^hernet P0WERLINK技術，這兩種技術的實時性能都能達到lOOus。實時以太網EtherCAT技術和Khernet POffERLINK技術實行性能都很高。但是兩種技術都沒有取得較大的廣泛應用的優(yōu)勢，中國也沒有確定實時以太網標準。所以，單獨選用一種實時以太網技術設計通訊模塊都有較大的市場風險，將可能在未來的市場爭中處于不利地位。因此就需要兼容KherCAT技術和Khernet P0WERLINK技術的實時以太網通訊模塊，以支持兩種實時以太網技術方案。
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本發(fā)明技術方案利用FPGA的半定制特性和FPGA的接口的靈活配置特性，將兩種技術方案的外圍配置器件設計連接到FPGA上，同類型的外圍配置選用可支持兩種應用需要的芯片，另外設計兩片FPGA配置文件存儲器，分別存放Khernet POffERLINK技術方案的配置文件和EtherCAT技術方案的配置文件，并設計選擇開關來實現技術方案的選擇。當選中Khernet POffERLINK配置文件存儲器時，FPGA就將外圍硬件配置為 Ethernet P0WERLINK方案的使用方式，FPGA內部運RKhernet P0WERLINK技術協議，這個時候該模塊就是Khernet P0WERLINK技術的以太網通信模塊。當選中EtherCAT配置文件存儲器時，FPGA就將外圍硬件配置為EtherCAT方案的使用方式，FPGA內部運行EtherCAT 的技術協議，這時該模塊就是KherCAT技術的實時以太網通訊模塊。本發(fā)明兼容KherCAT 技術和KhernetPOWERLINK技術的實時以太網通訊模塊的實現方法，可以方便的接入 EtherCAT技術和Ethernet POffERLINK技術的實時以太網網絡。所述PLC模塊包括PLC控制器4和存儲器，所述PLC控制器4選用了一顆 Cortes-M3內核32BIT單片機STM32F101VD，該單片機內部配置384K字節(jié)的FLASH作為單片機程序空間，并配置48K字節(jié)的SRAM作為數據空間，并且配置有多個SPI接口、IIC接口、 UART接口和超過48個的IO接口，IO接口采用光耦隔離采集信號和輸出信號。采用該單片機輔以IIC的EEROM和相應的接口電路實現PLC的硬件接口。實時以太網協議控制器5采用SPI Slave協議與單片機連接。本發(fā)明實施例工作方式為采用CNC控制模塊通過以太網通訊模塊向PLC模塊發(fā)送控制命令，PLC模塊將控制命令存儲在存儲器中，CNC控制模塊通過以太網通訊模塊實時監(jiān)控PLC模塊執(zhí)行控制命令。實時以太網接口硬件的PLC模塊設計，采用高集成度單片機為CNC系統的設計了獨立運行的PLC模塊，其硬件結構簡單，軟件獨立設計，可以在較短時間內開發(fā)出穩(wěn)定可靠的PLC模塊。實時以太網接口硬件的PLC模塊設計了實時以太網接口，使得CNC系統主機可以使用很少的系統資源，實時管控PLC實現PLC功能，更好的輔助CNC系統的運動控制，并實現了 CNC系統的PLC功能模塊化設計。實施例二一種數控機床控制系統，包括CNC控制模塊，與所述CNC控制模塊連接的以太網通訊模塊以及與所述以太網通訊模塊連接的PLC模塊，所述CNC控制模塊通過所述以太網通訊模塊向所述PLC模塊發(fā)送控制命令，并通過所述以太網通訊模塊實時監(jiān)控PLC模塊執(zhí)行控制命令。所述以太網通訊模塊連接主軸電機和進給電機，所述CNC控制模塊通過所述以太網通訊模塊控制所述主軸電機和進給電機。所述以太網通訊模塊通過以太網接口相互連接在一起。本發(fā)明實施例二在基于實時以太網的CNC系統中，將主軸電機、進給電機和PLC等執(zhí)行設備都接入CNC系統的實時以太網網絡，實現CNC系統通過實時以太網網絡控制主軸電機、進給電機、PLC等執(zhí)行設備。實施例三本發(fā)明提供一種數控機床控制方法
CNC控制模塊通過以太網通訊模塊向PLC模塊發(fā)送控制命令；PLC模塊將控制命令存儲在存儲器中；CNC控制模塊通過以太網通訊模塊實時監(jiān)控PLC模塊執(zhí)行控制命令。所述CNC控制模塊通過以太網通訊模塊向PLC模塊發(fā)送控制命令步驟前還包括 以太網通訊模塊中的以太網協議控制器選擇Khernet POffERLINK配置文件或KherCAT配置文件。所述以太網通訊模塊中的以太網協議控制器選擇Khernet POWERLINK配置文件或EtherCAT配置文件步驟還包括控制配置文件選擇模塊使以太網協議控制器選擇接通Khernet POffERLINK配置文件存儲器或EtherCAT配置文件存儲器，將所述Khernet POffERLINK配置文件或EtherCAT配置文件寫入到以太網協議控制器內。所述CNC控制模塊通過以太網通訊模塊向PLC模塊發(fā)送控制命令步驟還包括所述控制命令為所述CNC控制模塊經過梯形圖方式編譯的PLC執(zhí)行代碼。本發(fā)明實施例三提出的一種數控機床控制方法，采用高集成度單片機為CNC系統設計獨立運行的PLC模塊，并與實時以太網通過硬件接口連接，硬件結構簡單，軟件獨立設計，可以在較短時間內開發(fā)出穩(wěn)定可靠的PLC模塊，同時使得CNC系統主機可以使用很少的系統資源，實時管控PLC實現PLC功能，更好的輔助CNC系統的運動控制，并實現了 CNC系統的PLC功能模塊化設計。值得一提的是，以上實施例中，不同的結構特征(例如上述的多種連接方式)可以相互組合使用，并不限于各附圖所示。本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的普通技術人員，依據本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。
權利要求
1.一種數控機床控制系統，其特征在于包括CNC控制模塊，與所述CNC控制模塊連接的以太網通訊模塊以及與所述以太網通訊模塊連接的PLC模塊，所述CNC控制模塊通過所述以太網通訊模塊向所述PLC模塊發(fā)送控制命令，并通過所述以太網通訊模塊實時監(jiān)控 PLC模塊執(zhí)行控制命令。
2.根據權利要求1所述的數控機床控制系統，其特征在于所述以太網通訊模塊包括以太網協議控制器和配置文件存儲器，所述配置文件存儲器中存放Khernet POWERLINKm 置文件和EtherCAT配置文件，所述以太網協議控制器選擇寫入Khernet POffERLINK配置文件或EtherCAT配置文件。
3.根據權利要求2所述的數控機床控制系統，其特征在于所述以太網通訊模塊還包括配置文件選擇模塊，所述配置文件存儲器包括KhernetPOWERLINK配置文件存儲器和EtherCAT配置文件存儲器，所述以太網協議控制器通過配置文件選擇模塊選擇寫入 Ethernet POffERLINK配置文件或EtherCAT配置文件。
4.根據權利要求2所述的數控機床控制系統，其特征在于所述PLC模塊包括 Cortes-M3單片機和存儲器，并通過SPI接口與以太網協議控制器連接。
5.根據權利要求1所述的數控機床控制系統，其特征在于所述以太網通訊模塊連接主軸電機和進給電機，所述CNC控制模塊通過所述以太網通訊模塊控制所述主軸電機和進給電機。
6.根據權利要求5所述的數控機床控制系統，其特征在于所述以太網通訊模塊通過以太網接口相互連接在一起。
7.—種數控機床控制方法，其特征在于CNC控制模塊通過以太網通訊模塊向PLC模塊發(fā)送控制命令；PLC模塊將控制命令存儲在存儲器中；CNC控制模塊通過以太網通訊模塊實時監(jiān)控PLC模塊執(zhí)行控制命令。
8.根據權利要求7所述的數控機床控制方法，其特征在于所述CNC控制模塊通過以太網通訊模塊向PLC模塊發(fā)送控制命令步驟前還包括以太網通訊模塊中的以太網協議控制器選擇Khernet POffERLINK配置文件或EtherCAT配置文件。
9.根據權利要求8所述的數控機床控制方法，其特征在于所述以太網通訊模塊中的以太網協議控制器選擇Khernet POffERLINK配置文件或KherCAT配置文件步驟還包括 控制配置文件選擇模塊使以太網協議控制器選擇接通Khernet POffERLINK配置文件存儲器或EtherCAT配置文件存儲器，將所述Khernet POffERLINK配置文件或E therCAT配置文件寫入到以太網協議控制器內。
10.根據權利要求7所述的數控機床控制方法，其特征在于所述控制命令為所述CNC 控制模塊經過梯形圖方式編譯的PLC執(zhí)行代碼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數控機床控制系統及控制方法，包括CNC控制模塊，與所述CNC控制模塊連接的以太網通訊模塊以及與所述以太網通訊模塊連接的PLC模塊，所述CNC控制模塊通過所述以太網通訊模塊向所述PLC模塊發(fā)送控制命令，并通過所述以太網通訊模塊實時監(jiān)控PLC模塊執(zhí)行控制命令。本發(fā)明采用高集成度單片機為CNC系統設計獨立運行的PLC模塊，并與實時以太網通過硬件接口連接，硬件結構簡單，軟件獨立設計，可以在較短時間內開發(fā)出穩(wěn)定可靠的PLC模塊，同時使得CNC系統主機可以使用很少的系統資源，實時管控PLC實現PLC功能，更好的輔助CNC系統的運動控制，并實現了CNC系統的PLC功能模塊化設計。
文檔編號G05B19/414GK102402203SQ201110357998
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權日2011年11月14日
發(fā)明者高選全 申請人:配天(安徽)電子技術有限公司