[发明专利]同步串行总线式数控系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算机数字控制系统，具体地说是一种控制各类机床进行机械加工，尤其针对大型、复合式加工机床的同步串行总线式数控系统。

背景技术

近年来随着计算机技术和通讯技术的不断进步，数控系统技术正经历着从传统封闭式向开放式数控系统发展的过程。开放式数控系统的研究开发在国内外一直是热门课题。开放式数控系统主要基于PC的方式。最初开放式系统采用“PC嵌入NC”结构。随着PC技术的发展出现了“NC嵌入PC”结构。

由于串行总线技术在工业过程控制领域的广泛应用和通讯技术的发展出现了“基于串行总线的PC+NC”结构。它通过串行总线连接PC和NC构成一个分布式控制系统。由于串行总线系统的开放性、网络拓扑结构的灵活性和系统结构的分散性使其具有广阔的发展前景。

目前国际上已经开发出多种现场总线标准，在数控领域应用的主要是SERCOS、PROFIBUS和工业以太三种标准，上述几种总线标准主要存在的问题是必须采用专用传输线缆和专用接口芯片，电气连接和数据链路层对用户不开放，系统融合性差、产品成本高、电气布线不方便，并且上述三种总线标准的相关技术和专利都掌握在国外的主要数控设备厂商手中，采用其标准需要交纳高昂的专利许可费用和设备检测费用，会大大提高产品成本降低市场竞争力。而目前国内数控系统生产厂商还没有开发相应类型的数控产品和形成相应总线标准。现场总线方式的数控系统将成为未来数控系统发展的主要方向，根据国际国内现场总线标准的现状，急需开发出技术更为领先的基于现场总线方式的数控系统和其他相关设备，进而为建立国内的数控现场总线标准奠定产品基础。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有现场总线特征的同步串行总线式数控系统，通过制定一种适应于数控机床控制的同步串行总线协议，使本系统的PC和NC部分进行实时数据通讯，进而构成对数控机床进行控制的同步串行总线式数控系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明数控系统包括显示控制终端，内部存有数控软件，通过串口及同步串行总线分别与机床操作站及数控主机箱相连，通过对同步串行总线的通讯管理实现机床的运动控制、机床开关量控制；机床操作站，负责向显示控制终端提供操作指令和操作状态输出；数控主机箱，为机床的运动控制和反馈检测功能的执行机构，将显示控制终端的指令转换成机床运动的控制信号并将机床的运动和状态分别转换成位置信号和开关量信号，通过同步串行总线回传到显示控制终端。

所述显示控制终端具有同步串行总线控制模板及工业CPU卡，其中同步串行总线控制模板由同步串行总线控制模块及与该同步串行总线控制模块相连的接口电路构成，所述同步串行总线控制模块为可编程逻辑芯片，其内部包括ISA总线管理器、系统软件狗管理器、扩展USB管理器、机床上电控制管理器、设备信息缓冲区、设备信息管理器、同步串行总线设备管理器、同步串行总线协议管理器以及同步时钟管理器，其中ISA总线管理器分别通过接口电路中的ISA数据总线接口电路、ISA地址总线接口电路、ISA总线控制信号接口电路和ISA中断接口电路接至工业CPU卡，工业CPU卡通过ISA总线管理器与同步串行总线控制模块内部的系统软件狗管理器、扩展USB管理器、机床上电控制管理器、设备信息缓冲区、设备信息管理器进行数据交换；同步串行总线协议管理器根据同步串行总线设备管理器的指令将设备信息存入设备信息缓冲区，同步串行总线协议管理器通过同步串行总线接口电路接至数控主机箱；同步串行总线设备管理器将设备信息提供给设备信息管理器；同步时钟管理器为设备信息缓冲区、设备信息管理器、同步串行总线设备管理器、同步串行总线协议管理器提供工作时钟。