專利名稱：嵌入式小型四軸開放式數(shù)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)控系統(tǒng)領(lǐng)域，具體應(yīng)用于車間的生產(chǎn)管理。
背景技術(shù)：
開放式數(shù)控系統(tǒng)的主要目的是解決變化頻繁的需求與封閉控制系統(tǒng)之間的矛盾，從而建立一個統(tǒng)一的可重構(gòu)的系統(tǒng)平臺，增強數(shù)控系統(tǒng)的柔性。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的主要的解決方案，多數(shù)是基于PC架構(gòu)平臺的數(shù)控系統(tǒng)，主要是工控機(jī)和運動控制卡和PLC的組合模式。這種方式只要配置通用的工控主機(jī)和運動控·制卡，人機(jī)交互面板，網(wǎng)絡(luò)接口等，即可構(gòu)建出數(shù)控系統(tǒng)的硬件平臺。利用通用的操作系統(tǒng)和通用的軟件開發(fā)環(huán)境，即可快速的建立數(shù)控系統(tǒng)的軟件平臺。但是，這種模式在結(jié)構(gòu)上和性能上都存在很大的局限性I、成本高，由于采用的是通用的PC平臺，PC機(jī)中大部分的硬件模塊是數(shù)控系統(tǒng)中并不需要的，這樣就大大增加了數(shù)控系統(tǒng)的運行成本，也增加了設(shè)備的體積，無法針對運動控制系統(tǒng)的特點進(jìn)行軟、硬件的剪裁，造成了系統(tǒng)硬件的極大浪費。在小型運動設(shè)備上，大都因成本過高而無法采用。2、可靠性差，通用PC架構(gòu)由于采用的是通用的操作系統(tǒng)，系統(tǒng)運行時更多的是運行數(shù)控系統(tǒng)中不需要的服務(wù)軟件，這些任務(wù)不僅影響了系統(tǒng)的實時性，還容易造成系統(tǒng)運行的崩潰，增加了系統(tǒng)的維護(hù)成本。傳統(tǒng)的以單片機(jī)為控制核心的封閉式數(shù)控系統(tǒng)，本身被設(shè)計用于專用領(lǐng)域，軟硬件設(shè)置合理，能夠充分發(fā)揮系統(tǒng)的控制能力，滿足了低成本的需求，而且能夠直接訪問底層硬件，實時性好，系統(tǒng)的可靠性高。但是，一旦系統(tǒng)定型，用戶就很難進(jìn)行原有功能的改進(jìn)、監(jiān)控、診斷和新功能的增加，無法適應(yīng)當(dāng)今制造業(yè)市場變化與競爭，也不能滿足現(xiàn)代制造業(yè)向信息化、敏捷制造模式發(fā)展的需要。

發(fā)明內(nèi)容
為了彌補通用PC平臺的開放式數(shù)控系統(tǒng)成本高，可靠性差的缺點，本發(fā)明提供一種嵌入式小型四軸開放式數(shù)控系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是采用智能終端和硬件執(zhí)行模塊分離的設(shè)計理念，通訊通過CAN總線，具有開放性，與此同時PC管理平臺通過網(wǎng)絡(luò)通訊管理智能終端。具體的，嵌入式小型四軸開放式數(shù)控系統(tǒng)，包括PC管理層，嵌入式智能終端交互層和硬件執(zhí)行層；所述PC管理層包括計算機(jī)，所述嵌入式智能終端層包括至少一個嵌入式智能終端，所述硬件執(zhí)行層包括運動控制模塊，IO控制模塊和模擬量控制模塊；上述的PC管理層和嵌入式智能終端交互層采用以太網(wǎng)連接，嵌入式智能終端交互層和硬件執(zhí)行層采用CAN總線連接。進(jìn)一步的是上述PC管理層內(nèi)的計算機(jī)安裝服務(wù)軟件，所述嵌入式智能終端層的嵌入式智能終端安裝人機(jī)界面軟件，所述硬件執(zhí)行層內(nèi)安裝有用于實現(xiàn)各控制模塊功能的執(zhí)行軟件；上述的服務(wù)軟件包括車間管理軟件系統(tǒng)和遠(yuǎn)程訪問軟件系統(tǒng)，上述的人機(jī)界面軟件包括智能終端軟件系統(tǒng)，上述的執(zhí)行軟件包括運動模塊軟件系統(tǒng)，IO控制模塊軟件系統(tǒng)和模擬量模塊軟件系統(tǒng)。進(jìn)一步的是上述智能終端軟件系統(tǒng)包括人員管理軟件，計劃管理軟件，數(shù)據(jù)庫管理軟件，仿真加工軟件，數(shù)控編程軟件和系統(tǒng)控制軟件；所述遠(yuǎn)程訪問軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)升級軟件，遠(yuǎn)程操作軟件和遠(yuǎn)程監(jiān)測軟件；上述智能終端軟件系統(tǒng)包括人機(jī)交互軟件，現(xiàn)場示教軟件，數(shù)控編程軟件，設(shè)備調(diào)試軟件，參數(shù)設(shè)置軟件和總線通訊軟件；上述運動模塊軟件系統(tǒng)包括總線通訊軟件，協(xié)議解析軟件，命令執(zhí)行軟件，伺服控制軟件和硬件插補軟件；所述IO控制模塊軟件系統(tǒng)包括總線通訊軟件，輸入監(jiān)測軟件和輸 出控制軟件；所述模擬量模塊軟件系統(tǒng)包括總線通訊軟件，溫度檢測軟件，電流檢測軟件，電壓監(jiān)測軟件和DA輸出軟件。上述的運動控制模塊控制連接XYZU四軸伺服機(jī)構(gòu)；所述IO控制模塊控制連接限位開關(guān)和電磁閥；所述模擬量模塊控制連接溫度、電流和電壓檢測裝置。在更具體的系統(tǒng)設(shè)計中，上述的嵌入式智能終端包括ARMll核心模塊，該模塊采用ARMll架構(gòu)的處理器S3C6410，主頻667MHz ；ARMlI核心模塊包含有FLASH，SRAMl和SRAM2 ;串口 O和串口 I和S3C6410的串口控制器相連；USB1和USB2和S3C6410的USB控制器相連；對用戶輸入事件響應(yīng)的按鍵和觸摸輸入單元與ARMll核心模塊普通引腳相連；完成狀態(tài)顯示任務(wù)的IXD采用7寸屏，分辨率800x480，與S3C6410的顯示控制器相連；實現(xiàn)SD卡數(shù)據(jù)存儲功能的SD卡與S3C6410的SD總線控制器相連，實現(xiàn)與上位PC的網(wǎng)絡(luò)通訊功能的網(wǎng)絡(luò)RJ45與ARMll核心模塊的網(wǎng)絡(luò)控制器相連；實現(xiàn)與下位的CAN總線通訊任務(wù)的CAN接口與ARMl I核心模塊的CAN總線控制器相連；上述嵌入式智能終端采用嵌入式操作系統(tǒng)LINUX和觸摸屏。在進(jìn)一步的系統(tǒng)設(shè)計中上述硬件執(zhí)行層包括ARM7模塊，該模塊內(nèi)部設(shè)置ARM7處理器和運動控制芯片； ARM7模塊上連接有電源模塊，所述電源模塊采用用于實現(xiàn)電氣地與數(shù)字地隔離的DC5V-5V隔離電源芯片；ARM7模塊上還連接有實現(xiàn)ARM7處理器的復(fù)位，電壓檢測和掉電數(shù)據(jù)保存功能的外圍硬件；串口 O與ARM7處理器上的串口控制器相連；硬件執(zhí)行層CAN接口和ARM7處理器上的CAN控制器相連；實現(xiàn)邏輯控制功能的IO控制單元與ARM7處理器的普通輸入輸出引腳相連；運動控制芯片通過ARM7處理器上地址和16位數(shù)據(jù)總線與處理器交互數(shù)據(jù)；4軸XYZU差分輸出模塊和4軸XYZU編碼器模塊與運動控制芯片相連。本數(shù)控系統(tǒng)中，所述的運動控制模塊，IO控制模塊和模擬量模塊均設(shè)置有實現(xiàn)CAN總線通訊功能的CAN總線結(jié)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)。具體用于車間管理時，上述PC管理層安裝于車間的中央控制室或調(diào)度房，在計算機(jī)上安裝車間管理軟件；所述嵌入式智能終端安裝于具體的需要進(jìn)行單機(jī)人機(jī)交互的機(jī)械設(shè)備的控制桌面上；所述運動控制模塊，IO控制模塊和模擬量模塊安裝于機(jī)械設(shè)備的控制電柜中。
上述機(jī)械設(shè)備包括全自動點膠機(jī)、電腦花樣縫紉機(jī)或直角坐標(biāo)機(jī)器人。本發(fā)明的有益效果是I、小型化，系統(tǒng)采用嵌入式操作系統(tǒng)，能夠最大限度的降低整個數(shù)控系統(tǒng)體積，使的系統(tǒng)更易于安裝。2、開放化，由于系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計，各個模塊都是基于CAN總線通訊的，易于擴(kuò)展，易于網(wǎng)絡(luò)化操作，易于平臺無關(guān)化。3、利于二次開發(fā)，由于硬件上采用了觸摸屏，系統(tǒng)上采用了嵌入式的操作系統(tǒng)LINUX，通過提供設(shè)備驅(qū)動函數(shù)，用戶可以利用高級編程語言，去設(shè)計自己的功能界面。4、操作方便，能在線示教和使用G代碼編程，實時顯示運行狀態(tài)，參數(shù)都通過填表的方式輸入設(shè)置。 5、遠(yuǎn)程監(jiān)控，融合了數(shù)控技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)了低成本的集群控制。綜上所述，本發(fā)明在用于車間管理時，由于避免了大量傳統(tǒng)PC的使用，使得整個數(shù)控系統(tǒng)的成本更低，與此同時還實現(xiàn)了更高的可靠性；整個數(shù)控系統(tǒng)的兼容性和可擴(kuò)展性更強；能提高車間生產(chǎn)管理的效率。


圖I為本發(fā)明的硬件模塊圖；圖2為本發(fā)明的軟件功能結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本發(fā)明的硬件單元結(jié)構(gòu)圖。附圖標(biāo)記說明I-車間管理軟件，2-遠(yuǎn)程訪問軟件，3-以太網(wǎng)，4-嵌入式智能軸端1，5_嵌入式智能終端n，6-CAN總線，7運動控制模塊，8-10控制模塊，9模擬量模塊，10-車間管理軟件系統(tǒng)，11-遠(yuǎn)程訪問軟件系統(tǒng)，12-智能終端軟件系統(tǒng)，13-運動模塊軟件系統(tǒng)，14-10控制模塊軟件系統(tǒng)，15-模擬量模塊軟件系統(tǒng)，16-網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，17-網(wǎng)絡(luò)RJ45，18-USB1, 19-串口
O,20-串口 1，21-USB2，22-S3C6410，23-FLASH，24-SRAM1, 25-SRAM2, 26-按鍵，27-觸摸輸入單元，28-LCD，29-SD卡，30-CAN接口，31-硬件執(zhí)行層串口 0，32-硬件執(zhí)行層CAN接口，33-CAN控制器，34-電源模塊，35-外圍硬件，36-10控制單元，37-運動控制芯片，38_4軸XYZU差分輸出單元，39-4軸XYZU編碼器單元。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例描述本發(fā)明
具體實施例方式圖I、圖2和圖3示出了本發(fā)明的具體實施方式
，如圖I所示，本發(fā)明嵌入式小型四軸開放式數(shù)控系統(tǒng)包括PC管理層，嵌入式智能終端交互層和硬件執(zhí)行層；所述PC管理層包括計算機(jī)，所述嵌入式智能終端層包括至少一個嵌入式智能終端，所述硬件執(zhí)行層包括運動控制模塊7，IO控制模塊8和模擬量控制模塊9 ；上述的PC管理層和嵌入式智能終端交互層采用以太網(wǎng)3連接，嵌入式智能終端交互層和硬件執(zhí)行層采用CAN總線6連接。以上所述及以下所述的PC為常用于數(shù)控系統(tǒng)中的計算機(jī)；以上及以下所述的CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network)的簡稱；運動控制模塊7能夠?qū)崿F(xiàn)運動控制固件，包括總線通訊，協(xié)議解析，命令執(zhí)行，伺服控制，硬件插補等固件功能。IO控制模塊8能夠?qū)崿F(xiàn)IO控制固件，包括總線通訊，輸入監(jiān)測，輸出控制等固件功倉泛。模擬量模塊9能夠?qū)崿F(xiàn)模擬控制固件，包括總線通訊，溫度檢測，電流檢測，電壓檢測，DA輸出等固件功能。本數(shù)控系統(tǒng)可以通過實際的管理服務(wù)需求開發(fā)應(yīng)用程序，因與硬件無關(guān)化，所以應(yīng)用程序具有較高的兼容性和擴(kuò)展性。針對上述數(shù)控系統(tǒng)的硬件模塊結(jié)構(gòu)，本數(shù)控系統(tǒng)包括有與其相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，具 體的軟件功能結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中上述PC管理層內(nèi)的計算機(jī)安裝服務(wù)軟件，所述嵌入式智能終端層的嵌入式智能終端安裝人機(jī)界面軟件，所述硬件執(zhí)行層內(nèi)安裝有用于實現(xiàn)各控制模塊功能的執(zhí)行軟件；上述的服務(wù)軟件包括車間管理軟件系統(tǒng)10和遠(yuǎn)程訪問軟件系統(tǒng)11，上述的人機(jī)界面軟件包括智能終端軟件系統(tǒng)12，上述的執(zhí)行軟件包括運動模塊軟件系統(tǒng)13，IO控制模塊軟件系統(tǒng)14和模擬量模塊軟件系統(tǒng)15。PC管理層主要為上層管理軟件，負(fù)責(zé)車間日常的管理，計劃的制定，工作調(diào)度，生產(chǎn)服務(wù)，技術(shù)指導(dǎo)，監(jiān)督控制等，也可遠(yuǎn)程進(jìn)行程序升級，系統(tǒng)維護(hù)等工作。服務(wù)軟件如車間管理軟件系統(tǒng)I和遠(yuǎn)程訪問軟件系統(tǒng)2等，生成具體的生產(chǎn)計劃，通過網(wǎng)絡(luò)下發(fā)到指定的智能終端上，用戶根據(jù)具體的生產(chǎn)任務(wù)，在智能終端上進(jìn)行操作，可以進(jìn)行現(xiàn)場示教，數(shù)控編程，設(shè)備調(diào)試，參數(shù)設(shè)置等操作，用戶的操作命令在智能終端上通過CAN總線下發(fā)到各執(zhí)行模塊上，如運動控制模塊7，IO控制模塊8和模擬量模塊9等自定義模塊，各個模塊通過CAN總線實時通訊協(xié)議執(zhí)行相應(yīng)的命令，完成如電機(jī)啟停控制，插補運動，原點檢測，電磁閥輸出，電流電壓值監(jiān)測等設(shè)備操作。上述的軟件系統(tǒng)中智能終端軟件系統(tǒng)12包括人員管理軟件，計劃管理軟件，數(shù)據(jù)庫管理軟件，仿真加工軟件，數(shù)控編程軟件和系統(tǒng)控制軟件；所述遠(yuǎn)程訪問軟件系統(tǒng)11包括系統(tǒng)升級軟件，遠(yuǎn)程操作軟件和遠(yuǎn)程監(jiān)測軟件；所述智能終端軟件系統(tǒng)12包括人機(jī)交互軟件，現(xiàn)場示教軟件，數(shù)控編程軟件，設(shè)備調(diào)試軟件，參數(shù)設(shè)置軟件和總線通訊軟件；所述運動模塊軟件系統(tǒng)13包括總線通訊軟件，協(xié)議解析軟件，命令執(zhí)行軟件，伺服控制軟件和硬件插補軟件；所述IO控制模塊軟件系統(tǒng)14包括總線通訊軟件，輸入監(jiān)測軟件和輸出控制軟件；所述模擬量模塊軟件系統(tǒng)15包括總線通訊軟件，溫度檢測軟件，電流檢測軟件，電壓監(jiān)測軟件和DA輸出軟件。上述運動控制模塊7控制連接XYZU四軸伺服機(jī)構(gòu)；所述IO控制模塊控制8連接限位開關(guān)和電磁閥；所述模擬量模塊9控制連接溫度、電流和電壓檢測裝置。我們?yōu)閳DI所示的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計出了一套具體的硬件單元其中，嵌入式智能終端包括ARMll核心模塊，該模塊采用ARMll架構(gòu)的處理器S3C6410，主頻667MHz ；ARM11核心模塊包含有FLASH，SRAMl和SRAM2 ；以上及以下所述的FLASH為閃存，SRAM為內(nèi)存；串口O和串口 I和S3C6410的串口控制器相連；USB1和USB2和S3C6410的USB控制器相連；對用戶輸入事件響應(yīng)的按鍵26和觸摸輸入單元27與ARMll核心模塊普通引腳相連；完成狀態(tài)顯示任務(wù)的IXD28采用7寸屏，分辨率800x480，與S3C6410的顯示控制器相連；實現(xiàn)SD卡數(shù)據(jù)存儲功能的SD卡與S3C6410的SD總線控制器相連，實現(xiàn)與上位PC的網(wǎng)絡(luò)通訊功能的網(wǎng)絡(luò)RJ45與ARMll核心模塊的網(wǎng)絡(luò)控制器相連；實現(xiàn)與下位的CAN總線通訊任務(wù)的CAN接口 30與ARMll核心模塊的CAN總線控制器相連；上述的IXD是指液晶顯示屏，當(dāng)然也可以用LED顯示屏，不能將上述IXD的尺寸和分辨率限制成本發(fā)明必須的規(guī)格，LCD在本發(fā)明中主要為一種顯示設(shè)備，任何能實現(xiàn)與其類似的顯示功能的元器件都落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)；上述嵌入式智能終端采用嵌入式操作系統(tǒng)LINUX和觸摸屏；上述硬件執(zhí)行層的具體硬件單元包括ARM7模塊，該模塊內(nèi)部設(shè)置ARM7處理器和運動控制芯片37 ；ARM7模塊上連接有電源模塊34，所述電源模塊34采用用于實現(xiàn)電氣地與數(shù)字地 隔離的DC5V-5V隔離電源芯片；ARM7模塊上還連接有實現(xiàn)ARM7處理器的復(fù)位，電壓檢測和掉電數(shù)據(jù)保存功能的外圍硬件35 ;串口 O與ARM7處理器上的串口控制器相連；硬件執(zhí)行層CAN接口 32和ARM7處理器上的CAN控制器33相連；實現(xiàn)邏輯控制功能的IO控制單元36與ARM7處理器的普通輸入輸出引腳相連；運動控制芯片37通過ARM7處理器上地址和16位數(shù)據(jù)總線與處理器交互數(shù)據(jù)；4軸XYZU差分輸出模塊38和4軸XYZU編碼器模塊39與運動控制芯片37相連。本發(fā)明中，上述的運動控制模塊7，IO控制模塊8和模擬量模塊9均設(shè)置有實現(xiàn)CAN總線通訊功能的CAN總線結(jié)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)?？梢愿鶕?jù)實際應(yīng)用情況，通過CAN總線進(jìn)行模塊的擴(kuò)展，經(jīng)過簡單的配置即可實現(xiàn)多個運動軸和多點IO控制功能。上述PC管理層安裝于車間的中央控制室或調(diào)度房，在計算機(jī)上安裝車間管理軟件；所述嵌入式智能終端安裝于具體的需要進(jìn)行單機(jī)人機(jī)交互的機(jī)械設(shè)備的控制桌面上；所述運動控制模塊7，IO控制模塊8和模擬量模塊9安裝于機(jī)械設(shè)備的控制電柜中。在車間管理的應(yīng)用過程中，PC管理層主要安裝于車間的中央控制室或調(diào)度房，在普通PC機(jī)上安裝車間管理軟件系統(tǒng)1，嵌入式智能終端安裝于具體的需要單機(jī)人機(jī)交互的機(jī)械設(shè)備的控制桌面上，比如全自動點膠機(jī)、電腦花樣縫紉機(jī)或直角坐標(biāo)機(jī)器人等設(shè)備，用于完成用戶現(xiàn)場編程，示教，調(diào)試，參數(shù)設(shè)置等功能。運動控制模塊7，IO控制模塊8和模擬量模塊9則安裝于機(jī)械設(shè)備的控制電柜中。運動控制模塊7主要完成機(jī)械設(shè)備上伺服電機(jī)的運動速度控制，位置控制和插補運動。IO控制模塊8主要完成設(shè)備上開關(guān)量傳感器的信號輸入和生產(chǎn)加工過程邏輯順序控制。模擬量模塊9主要完成模擬信號采集，檢測和上傳記錄，故障診斷等功能。管理者在中央控制室或調(diào)度房，通過車間管理軟件系統(tǒng)1，根據(jù)實際的工作內(nèi)容，配置控制參數(shù)，選擇需要的嵌入式智能終端n，車間管理軟件系統(tǒng)I通過用戶的參數(shù)設(shè)置，生成G代碼加工程序和任務(wù)偽代碼，通過以太網(wǎng)3下發(fā)到嵌入式智能終端或嵌入式智能終端η上，并存儲在智能終端的SD卡29上，以便操作用戶選擇加工程序，進(jìn)行工件加工。嵌入式智能終端應(yīng)用嵌入式操作系統(tǒng)LINUX，采用C++等高級語言，根據(jù)需控制的機(jī)械設(shè)備的運動特征，定制用戶控制界面，參數(shù)設(shè)置界面和示教界面等，完成良好的人機(jī)交互功能。操作用戶根據(jù)管理用戶的指令，選擇要加工的工件，嵌入式智能終端將當(dāng)前要加工的工件程序，通過CAN總線6，實時下發(fā)到運動控制模塊7，IO控制模塊8和模擬量模塊9，執(zhí)行硬件模塊根據(jù)當(dāng)前的運動和控制指令，解析CAN協(xié)議內(nèi)容，執(zhí)行相應(yīng)的命令，輸出脈沖控制信號和方向信號，完成系統(tǒng)的工件加工程序，通過運動控制模塊7的編碼器接口，接收伺服驅(qū)動器或光柵尺的編碼器反饋，獲得伺服電機(jī)的當(dāng)前運動位置，配合IO控制模塊8實現(xiàn)機(jī)械設(shè)備各個部件的加工工藝邏輯，完成工件加工的過程控制，模擬量模塊9將設(shè)備的電流或電壓等狀態(tài)信息通過CAN總線6實時上傳給嵌入式智能終端，供終端進(jìn)行控制決策和故障診斷。每個運動控制模塊7可以實現(xiàn)4個伺服電機(jī)的控制。每個IO控制模塊8擁有16路光電隔離輸入，16路繼電器輸出。每個模擬量模塊9提供8路模擬信號采集O 10V，
2路模擬輸出-10 IOV。每個模塊都擁有CAN總線通訊功能，可以根據(jù)實際應(yīng)用情況，通過CAN總線進(jìn)行模塊的擴(kuò)展，經(jīng)過簡單的配置即可實現(xiàn)多個運動軸和多點IO控制功能。這樣可使用戶或設(shè)備制造商根據(jù)實際需要對數(shù)控軟件和硬件進(jìn)行重組，實現(xiàn)對數(shù)控系統(tǒng)的定制，容易實現(xiàn)功能的變更和新功能的添加，實現(xiàn)快速的定制系統(tǒng)。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明不限于上述實施方式，一切以本發(fā)明的思想為基礎(chǔ)進(jìn)行的在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)的改 進(jìn)都落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍可以做出許多其他改變和改型。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于特定的實施方式，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.嵌入式小型四軸開放式數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于包括PC管理層，嵌入式智能終端交互層和硬件執(zhí)行層；所述PC管理層包括計算機(jī)，所述嵌入式智能終端層包括至少一個嵌入式智能終端，所述硬件執(zhí)行層包括運動控制模塊(7)，IO控制模塊(8)和模擬量控制模塊(9)； 上述的PC管理層和嵌入式智能終端交互層采用以太網(wǎng)(3)連接，嵌入式智能終端交互層和硬件執(zhí)行層采用CAN總線(6)連接。
2.如權(quán)利要求I所述的嵌入式小型四軸開放式數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述PC管理層內(nèi)的計算機(jī)安裝服務(wù)軟件，所述嵌入式智能終端層的嵌入式智能終端安裝人機(jī)界面軟件，所述硬件執(zhí)行層內(nèi)安裝有用于實現(xiàn)各控制模塊功能的執(zhí)行軟件； 上述的服務(wù)軟件包括車間管理軟件系統(tǒng)(10)和遠(yuǎn)程訪問軟件系統(tǒng)(11)，上述的人機(jī)界面軟件包括智能終端軟件系統(tǒng)(12)，上述的執(zhí)行軟件包括運動模塊軟件系統(tǒng)(13)，IO控制模塊軟件系統(tǒng)(14)和模擬量模塊軟件系統(tǒng)(15)。
3.如權(quán)利要求2所述的嵌入式小型四軸開放式數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述智能終端軟件系統(tǒng)(12)包括人員管理軟件，計劃管理軟件，數(shù)據(jù)庫管理軟件，仿真加工軟件，數(shù)控編程軟件和系統(tǒng)控制軟件；所述遠(yuǎn)程訪問軟件系統(tǒng)(11)包括系統(tǒng)升級軟件，遠(yuǎn)程操作軟件和遠(yuǎn)程監(jiān)測軟件； 所述智能終端軟件系統(tǒng)(12)包括人機(jī)交互軟件，現(xiàn)場示教軟件，數(shù)控編程軟件，設(shè)備調(diào)試軟件，參數(shù)設(shè)置軟件和總線通訊軟件； 所述運動模塊軟件系統(tǒng)(13)包括總線通訊軟件，協(xié)議解析軟件，命令執(zhí)行軟件，伺服控制軟件和硬件插補軟件；所述IO控制模塊軟件系統(tǒng)(14)包括總線通訊軟件，輸入監(jiān)測軟件和輸出控制軟件；所述模擬量模塊軟件系統(tǒng)(15)包括總線通訊軟件，溫度檢測軟件，電流檢測軟件，電壓監(jiān)測軟件和DA輸出軟件。
4.如權(quán)利要求I所述的嵌入式小型四軸開放式數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述運動控制模塊(7)控制連接XYZU四軸伺服機(jī)構(gòu)；所述IO控制模塊控制(8)連接限位開關(guān)和電磁閥；所述模擬量模塊(9)控制連接溫度、電流和電壓檢測裝置。
5.如權(quán)利要求I所述的嵌入式小型四軸開放式數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述的嵌入式智能終端包括ARMll核心模塊，該模塊采用ARMll架構(gòu)的處理器S3C6410 (22)，主頻667MHz ;ARM11 核心模塊包含有 FLASH (23), SRAMl (24)和 SRAM2 (25);串口 O (19)和串口 I (20)和 S3C6410 (22)的串口控制器相連；USBl (18)和 USB2 (21)和 S3C6410 (22)的USB控制器相連；對用戶輸入事件響應(yīng)的按鍵(26)和觸摸輸入單元(27)與ARMll核心模塊普通引腳相連；完成狀態(tài)顯示任務(wù)的IXD (28)采用7寸屏，分辨率800x480，與S3C6410(22)的顯示控制器相連；實現(xiàn)SD卡數(shù)據(jù)存儲功能的SD卡(29)與S3C6410 (22)的SD總線控制器相連，實現(xiàn)與上位PC的網(wǎng)絡(luò)通訊功能的網(wǎng)絡(luò)RJ45 (17)與ARMll核心模塊的網(wǎng)絡(luò)控制器相連；實現(xiàn)與下位的CAN總線通訊任務(wù)的CAN接口(30)與ARMll核心模塊的CAN總線控制器相連； 上述嵌入式智能終端采用嵌入式操作系統(tǒng)LINUX和觸摸屏。
6.如權(quán)利要求I或5所述的嵌入式小型四軸開放式數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述硬件執(zhí)行層包括ARM7模塊，該模塊內(nèi)部設(shè)置ARM7處理器和運動控制芯片(37)； ARM7模塊上連接有電源模塊34，所述電源模塊(34)采用用于實現(xiàn)電氣地與數(shù)字地隔離的DC5V-5V隔離電源芯片；ARM7模塊上還連接有實現(xiàn)ARM7處理器的復(fù)位，電壓檢測和掉電數(shù)據(jù)保存功能的外圍硬件(35);串口 O (31)與ARM7處理器上的串口控制器相連；硬件執(zhí)行層CAN接口(32)和ARM7處理器上的CAN控制器(33)相連；實現(xiàn)邏輯控制功能的IO控制單元(36)與ARM7處理器的普通輸入輸出引腳相連；運動控制芯片(37)通過ARM7處理器上地址和16位數(shù)據(jù)總線與處理器交互數(shù)據(jù)；4軸XYZU差分輸出模塊(38)和4軸XYZU編碼器模塊(39 )與運動控制芯片(37 )相連。
7.如權(quán)利要求I所述的嵌入式四軸開放式數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述的運動控制模塊(7)，IO控制模塊(8)和模擬量模塊(9)均設(shè)置有實現(xiàn)CAN總線通訊功能的CAN總線結(jié)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求I所述的嵌入式四軸開放式數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述PC管理層安裝于車間的中央控制室或調(diào)度房，在計算機(jī)上安裝車間管理軟件；所述嵌入式智能終端安裝于具體的需要進(jìn)行單機(jī)人機(jī)交互的機(jī)械設(shè)備的控制桌面上；所述運動控制模塊(7)，IO控制模塊(8)和模擬量模塊(9)安裝于機(jī)械設(shè)備的控制電柜中。
9.如權(quán)利要求8所述的嵌入式四軸開放式數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述機(jī)械設(shè)備包括全自動點膠機(jī)、電腦花樣縫紉機(jī)或直角坐標(biāo)機(jī)器人。
全文摘要
本發(fā)明解決了通用PC平臺開放式數(shù)控系統(tǒng)成本高，可靠性差的問題，公開了一種嵌入式小型四軸開放式數(shù)控系統(tǒng)。本發(fā)明包括PC管理層，嵌入式智能終端交互層和硬件執(zhí)行層；所述PC管理層包括計算機(jī)，所述嵌入式智能終端層包括至少一個嵌入式智能終端，所述硬件執(zhí)行層包括運動控制模塊，IO控制模塊和模擬量控制模塊；上述的PC管理層和嵌入式智能終端交互層采用以太網(wǎng)連接，嵌入式智能終端交互層和硬件執(zhí)行層采用CAN總線連接。本發(fā)明在用于車間管理時，由于避免了大量傳統(tǒng)PC的使用，使得整個數(shù)控系統(tǒng)的成本更低，與此同時還實現(xiàn)了更高的可靠性；整個數(shù)控系統(tǒng)的兼容性和可擴(kuò)展性更強；能提高車間生產(chǎn)管理的效率。
文檔編號G05B19/414GK102914998SQ20121047205
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者莊源昌, 鄭派, 張飛, 王斌 申請人:常州數(shù)控技術(shù)研究所