[发明专利]带故障检测的一体式数控磨床控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及数控磨床控制系统，具体来说是一种带故障检测功能并集成人机界面的磨床控制系统。 

背景技术

磨削加工属精加工工序,主要用于淬硬材料或难加工材料的高精度机械加工。磨床的加工精度一方面受到支承导轨、砂轮以及砂轮转轴的机械特性的影响，另一方面受到磨床的数控进给系统的控制特性的影响。 

进给系统主要完成砂轮相对于工件位置的自动控制和机床进给速度控制,进给系统决定了数控机床可以达到的最大进给加速度、最大进给速度、定位精度、最小分辨率等，己成为影响数控机床各项性能的主要因素。要想获得高性能的进给控制，则需要高精度的控制器。 

同时磨床是一种高速高精度的设备，当系统开启后，磨床的砂轮部件高速旋转，若在此时有某些重要输出控制信号出现异常，则会带来灾难性后果。 

目前数控磨床控制系统主要有两种类型，一种是以通用PLC作为核心构建控制系统，以此种方式搭建的控制系统稳定性较好、开发方便，但是控制精度不高，价格昂贵；另一种方法是是采用嵌入式专用控制器作为系统核心，此种方式搭建的系统可扩展性好、控制精度高、成本低廉。 

但上述两种控制系统都不具备故障检测功能，无法迅速检测到输出控制端口的异常，同时上述两种类型的控制系统的人机交互模块都是独立于控制器的，这会造成额外的开销，增加了控制系统的成本。 

发明目的 

针对目前数控磨床控制精度低，速度慢，制造成本高，缺少故障检测等一系列缺点，提出了带故障检测的一体式数控磨床控制系统。本发明充分利用当前嵌入式领域的先进技术，以两片CPU作为控制系统核心，来解决当前数控磨床设备在研发过程中遇到的一系列问题。本发明将人机交互模块集成到控制板上，支持在线组态，可以实现重要输出端的异常检测，同时支持伺服电机的多轴控制。

本发明的技术方案如下： 

带故障检测的一体式数控磨床控制系统包括控制模块、故障检测模块、通信模块、人机交互模块。

其中控制模块作为整个控制系统的核心，运行磨床控制算法，实现多轴伺服控制。 

人机交互模块用于显示交互信息，该模块支持触摸屏操作来完成控制模块的配置，可以实时显示系统的状态，包括故障信号，报警提示等。 

故障检测模块用于系统故障检测，该模块通过对重要输出端口进行实时信号采样，并将采样结果反馈给人机交互控制核，可以提高系统的安全性。 

通讯模块是控制器与外界的通信通路，实现信号的中介，该模块一边连着控制系统的人机交互模块，另一边通过RS232总线与上位机交互接口连接用于配置文件的下载。 

本发明的有益效果在于： 

1、本控制系统具有故障检测功能，使得本系统具有非常高的可靠性。

2、本控制器支持在线组态技术，开发人员可以根据具体需要在线组态系统控制程序，本技术的运用可以缩减产品开发周期。 

3、一体式控制系统可以在满足性能需求的情况下，减小设备制造的成本。 

附图说明

图1控制系统组成框图。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。 

如图 1 所示，本发明包括运动控制模块、通信模块、人机交互模块和故障检测模块。其中运动控制模块用于控制机器动作；通信模块用于实现与上位机的通信；人机交互模块用于显示系统信息和接收用户的控制信息，实现系统的在线组态功能；故障检测模块对重要输出端口采样，并对采样结果进行分析，根据分析结果产生相应的后继动作。 

其中人机交互模块和故障检测模块，采用同一块处理器进行控制，称之为人机交互处理器；而运动控制模块则采用单独的处理器芯片控制，这样可以大大提高控制精度，称该处理器为运动控制处理器。两片处理器间通过SPI总线进行通信，如图1所示。 

运动控制模块，是整个控制系统的核心，用于实现运动控制。该模块采用高性能SOC芯片作为处理器，这样可以实现高可靠性、高精度的控制，同时可以降低器件成本。运动控制处理器运行系统运动控制程序，并通过IO口来控制数控磨床的机械部件，实现相应的动作。 

通信模块，该通讯模块是控制器与外界的通信通路，实现信号的中介，该模块一边连着控制系统的人机交互模块，另一边通过RS232总线与上位机交互接口连接用于配置文件的下载。