基于pc機的坡口切割機數(shù)字控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的基于PC機的坡口切割機數(shù)字控制系統(tǒng)，包括工業(yè)控制計算機和輸入輸出接口卡。工業(yè)控制計算機設(shè)有運動控制卡、PCI總線及通用外設(shè)接口。運動控制卡安裝于工業(yè)控制計算機的PCI總線上，輸入輸出接口卡通過運動控制卡連接于工業(yè)控制計算機的PCI總線上，并與所述三維平移軸、旋轉(zhuǎn)軸、搖擺軸以及輸入接口和輸出接口相連接。運動控制卡包括DSP和FPGA，工作在Windows系統(tǒng)平臺上。其優(yōu)點在于：適應(yīng)于用戶通常的操作習(xí)慣，而且各組成部分相對獨立，部分硬件可直接采購市售商品為組成部分，與現(xiàn)行的控制系統(tǒng)相比，不僅性能得到提高，成本得到降低，而且裝配、使用、升級極為簡單。
【專利說明】基于％機的坡口切割機數(shù)字控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及控制系統(tǒng)，尤其是一種基于？機的坡口切割機數(shù)字控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)設(shè)計或工藝需要，在焊件的待焊部位加工并裝配成的一定幾何形狀的溝槽，就叫坡口。坡口是主要為了焊接工件，保證焊接度，普通情況下用機加工方法加工出的型面。
[0003]目前坡口切割機數(shù)字控制器主要是基于嵌入式的封閉數(shù)控系統(tǒng)，采用單片機或八應(yīng)芯片為主控芯片實現(xiàn)運動控制算法，雖然其成本較低，一般來說體積也較小，但是其目前存在以下不足:
[0004](1)嵌入式系統(tǒng)運算能力較差，以仙1 001-^6^-^8為例，720冊12主頻的⑶口其運算能力僅為1社61紅0111 ^2701.66?⑶口的1/20，運動控制插補運算的計算強度是比較大的，運算能力成為了限制嵌入式發(fā)展的最大瓶頸；
[0005](2)嵌入式系統(tǒng)的操作習(xí)慣支持不如機系統(tǒng)，傳統(tǒng)早已走入家家戶戶，用戶非常熟悉和接受％機的操作方式；
[0006](3)嵌入式系統(tǒng)上較難集成第三方工具，例如和數(shù)控系統(tǒng)配套的軟件，在？上可以正常運行，而在嵌入式上則難以實現(xiàn)；
[0007](4)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)難度大于機上軟件開發(fā)，由于開發(fā)是在普通上進行的，所以嵌入式的開發(fā)需要進行交叉編譯，這對于軟件的調(diào)試糾錯會帶來很大的麻煩，進而影響開發(fā)速度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種有效提高性能，基于機系
[0009]為達到上述目的，本發(fā)明提供的基于？機的坡口切割機數(shù)字控制系統(tǒng)，包括坡口切割機的三維平移軸、旋轉(zhuǎn)軸、搖擺軸以及與坡口切割機相連的輸入接口和輸出接口，還包括工業(yè)控制計算機和輸入輸出接口卡，所述的工業(yè)控制計算機設(shè)有運動控制卡、？總線及通用外設(shè)接口，其中所述運動控制卡安裝于所述工業(yè)控制計算機的總線上，所述輸入輸出接口卡通過所述運動控制卡連接于所述工業(yè)控制計算機的總線上，并與所述三維平移軸、旋轉(zhuǎn)軸、搖擺軸以及輸入接口和輸出接口相連接；所述人機交互設(shè)備連接于所述工業(yè)控制計算機的通用外設(shè)接口 ；所述運動控制卡包括03？和？？以，用于完成讀入坡口切割機的三維平移軸、旋轉(zhuǎn)軸、搖擺軸以及輸入接口的數(shù)據(jù)信息，并經(jīng)輸出接口輸出軌跡、速度、插補及伺服周期控制信號；所述運動控制卡工作在11=(1冊8系統(tǒng)平臺上，其人機顯示界面下方和右側(cè)各設(shè)有用于狀態(tài)顯示、參數(shù)修改、加工代碼編輯、輸入/輸出模塊測試和運行控制的8個操作按鈕，用于顯示當(dāng)前各軸的坐標(biāo)位置及運行速度、加工代碼的平面軌跡及當(dāng)前所處位置和各個接口的信息，調(diào)整加工速度、切割模式、切割參數(shù)的參數(shù)，設(shè)置坡口切割機精度、回零控制、回零方向、軟限位設(shè)置、加速度設(shè)置、最大運行速度，在線編輯處理加工代碼，測試輸入、輸出信號和故障處理。
[0010]本發(fā)明基于？機的坡口切割機數(shù)字控制系統(tǒng)，其中所述的人機交互設(shè)備包括觸摸屏顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤、移動存儲設(shè)備。
[0011]本發(fā)明基于？機的坡口切割機數(shù)字控制系統(tǒng)，其中所述的通用外設(shè)接口包括
…8、^8/2和/或軟盤驅(qū)動器接口。
[0012]本發(fā)明基于？機的坡口切割機數(shù)字控制系統(tǒng)，其中所述工業(yè)控制計算機連接有口?3電源。
[0013]本發(fā)明基于？機的坡口切割機數(shù)字控制系統(tǒng)的優(yōu)點在于:由于采用通用作為操作平臺，適應(yīng)于用戶通常的操作習(xí)慣，而且各組成部分相對獨立，部分硬件可直接采購市售商品為組成部分，與現(xiàn)行的控制系統(tǒng)相比，不僅性能得到提高，成本得到降低，而且裝配、使用、升級極為簡單。
[0014]下面將結(jié)合實施例參照附圖進行詳細說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明基于？機的坡口切割機數(shù)字控制系統(tǒng)的方框圖。

【具體實施方式】
[0016]如圖1所示，本發(fā)明基于？機的坡口切割機數(shù)字控制系統(tǒng)，包括坡口切割機的三維平移軸、旋轉(zhuǎn)軸、搖擺軸以及與坡口切割機相連的輸入接口和輸出接口，以及工業(yè)控制計算機和輸入輸出接口卡。
[0017]工業(yè)控制計算機1設(shè)有運動控制卡、？01總線及通用外設(shè)接口，其中運動控制卡2安裝于工業(yè)控制計算機1的總線上，輸入輸出接口卡3通過運動控制卡2連接于工業(yè)控制計算機1的1^1總線上，并與三維平移軸、旋轉(zhuǎn)軸、搖擺軸以及輸入接口和輸出接口相連接。圖中X軸41、I軸42、2軸43為三維平移軸，所述的軸八44為旋轉(zhuǎn)軸，所述的軸8 45為搖擺軸，X軸41和X軸42是水平平移軸，2軸43是升降軸。
[0018]人機交互設(shè)備，連接于工業(yè)控制計算機的通用外設(shè)接口。輸入輸出接口卡3還連接有輸入接口 31和輸出接口 32。
[0019]人機交互設(shè)備包括觸摸屏顯示器51、鼠標(biāo)、鍵盤52、移動存儲設(shè)備，在圖中未逐一示出。人機交互設(shè)備采用電阻式單點觸摸屏，耐油污、耐粉塵、耐濕，更符合工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。通用外設(shè)接口包括…8、^8/2和/或軟盤驅(qū)動器接口。工業(yè)控制計算機連接有即3電源。
[0020]運動控制卡包括03？和？？以，用于完成讀入坡口切割機的三維平移軸、旋轉(zhuǎn)軸、搖擺軸以及輸入接口的數(shù)據(jù)信息，并經(jīng)輸出接口輸出軌跡、速度、插補及伺服周期控制信號；運動控制卡工作在1111(10舊系統(tǒng)平臺上，其人機顯示界面下方和右側(cè)各設(shè)有用于狀態(tài)顯示、參數(shù)修改、加工代碼編輯、輸入/輸出模塊測試和運行控制的8個操作按鈕，包括顯示當(dāng)前各軸的坐標(biāo)位置及運行速度、加工代碼的平面軌跡及當(dāng)前所處位置和各個接口的信息，調(diào)整加工速度、切割模式、切割參數(shù)的參數(shù)，設(shè)置坡口切割機精度、回零控制、回零方向、軟限位設(shè)置、加速度設(shè)置、最大運行速度，在線編輯處理加工代碼，測試輸入、輸出信號和故障處理。
[0021]本發(fā)明基于？機的坡口切割機數(shù)字控制系統(tǒng)在工作時，工業(yè)控制計算機1中裝有電子硬盤，用來安裝1111(10” ￡111136(1(16(1 31^11(1 2009操作系統(tǒng)，且擁有優(yōu)于傳統(tǒng)機械硬盤的抗震、抗低溫、抗高溫性能。工業(yè)控制計算機1中擁有不小于2條的插槽，來容納運動控制卡2。輸入輸出接口卡3設(shè)備上通過光耦隔離后，將控制信號傳輸至坡口切割機執(zhí)行硬件并將外部坡口切割機信號傳送給控制卡。運動控制卡上由03？和？？以來實現(xiàn)所有的插補運算功能，08？完成軌跡規(guī)劃、速度前瞻、速度規(guī)劃，來完成插補運算及伺服周期控制；所述的軌跡規(guī)劃是指運動控制卡根據(jù)上位機提供的軌跡值，運用正向運動學(xué)方程計算出各個軸的目標(biāo)位置。
[0022]為了提高加工效率，在允許的誤差范圍內(nèi)提高轉(zhuǎn)角速度，在運動控制卡中，使用速度前瞻來計算各個軸運動段的末點運行速度。坡口切割機在運行過程中，根據(jù)用戶能接受的公差范圍、坡口切割機的慣量以及軌跡段的夾角就可以計算得到所允許的末點運行速度。為了提高脈沖發(fā)送的實時性，運動控制卡內(nèi)設(shè)有81(字節(jié)大小的緩沖區(qū)，這樣當(dāng)上位機不能及時響應(yīng)向下位機運動控制卡寫入運動軌跡數(shù)據(jù)時，運動控制卡可以自動從緩沖區(qū)中獲取下一段的運行數(shù)據(jù)，保證連續(xù)運動。
[0023]為了提高穩(wěn)定性，本發(fā)明采用了斷電保護措施，對工業(yè)控制計算機加裝即3電源6。在突然斷電時，系統(tǒng)可以檢測到斷電信號，并自動完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的保存，以供恢復(fù)供電時的現(xiàn)場恢復(fù)。以此來實現(xiàn)系統(tǒng)的可靠運行。
[0024]為了提高可操作性，提供了觸摸屏和鍵盤輸入兩種形式，另外還提供了多路…8口來滿足不同舊8設(shè)備與控制主機連接的需求。
[0025]本發(fā)明采用1111(10” ￡111136(1(16(1 81:811(181-(1 2009多任務(wù)操作系統(tǒng)，大大簡化了系統(tǒng)設(shè)計，使得系統(tǒng)可以同時兼顧用戶人機界面的響應(yīng)和運動控制卡的操作，并保證了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和開放性，該操作系統(tǒng)大小僅為6001，可以安裝在絕大多數(shù)電子硬盤上使用。操作系統(tǒng)可以使用在開發(fā)機器上的編譯代碼無縫移植到目標(biāo)控制系統(tǒng)上，而#11(10舊平臺上便捷成熟的配套開發(fā)工具使軟件的開發(fā)周期大大縮短且易于掌握，使研發(fā)人員將精力集中投入與控制系統(tǒng)本身的開發(fā)。
[0026]在本發(fā)明基于機的坡口切割機數(shù)字控制系統(tǒng)的實施例中，升降軸2軸43使用編碼器檢測高度來控制下落高度，由于坡口切割中需要時刻保持高度的精確跟蹤使切割交點保持固定，因此使用編碼器來檢測高度并使用算法控制實時跟蹤是非常必要的，實際使用效果較好。
[0027]在本發(fā)明基于？機的坡口切割機數(shù)字控制系統(tǒng)實施例中，所有人機顯示界面使用相同風(fēng)格的操作界面，菜單式操作方法使用戶直觀了解各個按鍵的功能特征，在每個界面下方為操作按鈕，而在右側(cè)同樣為8個操作按鈕，整體軟件界面功能可分為如下幾類:
[0028](1)狀態(tài)顯示:可顯示當(dāng)前各軸的坐標(biāo)位置及運行速度；可顯示加工代碼的平面軌跡及當(dāng)前所處位置；坡口切割機的各個10 口信息也在界面右側(cè)得到顯示；
[0029](2)參數(shù)修改:可修改坡口切割機的運行參數(shù)，分為普通用戶參數(shù)和重要坡口切割機參數(shù)。普通用戶參數(shù)是操作人員在日常使用中經(jīng)常需要調(diào)整的參數(shù)如加工速度、切割模式、切割參數(shù)等；重要坡口切割機參數(shù)是坡口切割機生產(chǎn)廠家調(diào)試坡口切割機的參數(shù)，例如坡口切割機精度、回零控制、回零方向、軟限位設(shè)置、加速度設(shè)置、最大運行速度設(shè)置等坐寸。
[0030](3)加工代碼編輯:系統(tǒng)提供了對加工代碼的在線編輯處理功能，用戶可以對代碼做任意的修改變動，代碼的編輯可以使用鍵盤操作也可以使用觸摸屏進行操作。
[0031](4)輸入/輸出模塊測試:系統(tǒng)提供了測試輸入輸出模塊的界面，使得當(dāng)故障發(fā)生時，可以快速判斷故障原因。
[0032](5)運行控制:系統(tǒng)提供了手動運行和自動運行兩種運行模式，分別執(zhí)行日常運動和加工代碼運行功能。在運行過程中，用戶可以任意調(diào)節(jié)速度倍率來實現(xiàn)平滑加減速運動。
[0033]上面所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計方案前提下，本領(lǐng)域中普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護范圍，本發(fā)明請求保護的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
【權(quán)利要求】
1.一種基于PC機的坡口切割機數(shù)字控制系統(tǒng)，包括坡口切割機的三維平移軸、旋轉(zhuǎn)軸、搖擺軸以及與坡口切割機相連的輸入接口和輸出接口，其特征在于:還包括工業(yè)控制計算機和輸入輸出接口卡，所述的工業(yè)控制計算機設(shè)有運動控制卡、PCI總線及通用外設(shè)接口，其中所述運動控制卡安裝于所述工業(yè)控制計算機的PCI總線上，所述輸入輸出接口卡通過所述運動控制卡連接于所述工業(yè)控制計算機的PCI總線上，并與所述三維平移軸、旋轉(zhuǎn)軸、搖擺軸以及輸入接口和輸出接口相連接；所述人機交互設(shè)備連接于所述工業(yè)控制計算機的通用外設(shè)接口 ；所述運動控制卡包括DSP和FPGA，用于完成讀入坡口切割機的三維平移軸、旋轉(zhuǎn)軸、搖擺軸以及輸入接口的數(shù)據(jù)信息，并經(jīng)輸出接口輸出軌跡、速度、插補及伺服周期控制信號；所述運動控制卡工作在Windows系統(tǒng)平臺上，其人機顯示界面下方和右側(cè)各設(shè)有用于狀態(tài)顯示、參數(shù)修改、加工代碼編輯、輸入/輸出模塊測試和運行控制的8個操作按鈕，用于顯示當(dāng)前各軸的坐標(biāo)位置及運行速度、加工代碼的平面軌跡及當(dāng)前所處位置和各個接口的信息，調(diào)整加工速度、切割模式、切割參數(shù)的參數(shù)，設(shè)置坡口切割機精度、回零控制、回零方向、軟限位設(shè)置、加速度設(shè)置、最大運行速度，在線編輯處理加工代碼，測試輸入、輸出信號和故障處理。
2.如權(quán)利要求1所述的基于PC機的坡口切割機數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的人機交互設(shè)備包括觸摸屏顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤、移動存儲設(shè)備。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于PC機的坡口切割機數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的通用外設(shè)接口包括IXD/VGA、USB、PS/2和/或軟盤驅(qū)動器接口。
4.如權(quán)利要求3所述的基于PC機的坡口切割機數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于:所述工業(yè)控制計算機連接有UPS電源。
【文檔編號】G05B19/414GK104391483SQ201410664383
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】武浩 申請人:淮南市海寶得焊割設(shè)備制造有限公司