[发明专利]基于工业PC的多通道多轴联动的数控系统及方法

说明书

本发明提出一种基于工业PC的多通道多轴联动的数控系统及方法，该系统包括具有以太网通信模块的工业计算机，其基于EtherCAT总线与EtherCAT总线伺服驱动器和/或EtherCAT总线IO模块连接。该方法是Xenomai实时系统对Linux操作系统打补正，并于Linux操作系统上搭载用于多通道加工控制的数控软件，该数控软件具有对一个通道或同时对多个通道的进行操作或参数设定的操作界面。本发明基于工业PC且采用通用型操作系统Linux，可满足多通道多轴数控制对CPU高速运算的开销需求，开发资源丰富，有利于缩短开发周期；同时以太网EtherCAT总线将数控系统与交流伺服驱动器，减少了电缆数量，因此传输的速率、可靠性都很高，可以控制更多的电机数量，易于拓展。

技术领域

本发明涉及数控技术领域，具体涉及基于工业PC的多通道多轴联动的数控系统及方法。

背景技术

传统单通道数控系统只能进行一个工序的加工，而具有多通道控制功能的数控系统则能同时完成多个工序的加工，相当于在一台机床上就可完成多台机床的加工工序。支持多通道功能的数控系统相当于一个数控系统中有多个控制程序，可以在同一台机床控制不同运动部件的运动，也可以同时控制几台不同机床或装备进行运动。

目前，国内的通用型数控系统硬件平台主控单元一般是ARM架构嵌入式平台。由于ARM架构主频是500MHz-1GHz，较低的主频意味着处理能力受限，所以基于嵌入式平台的数控系统主要是单通道控制，总共控制轴数不多于10轴，无法满足更多通道更多轴数对CPU高速运算的开销需求。主控单元也有采用“PC+NC”形式,PC主要负责人机界面交互，NC即为ARM或DSP嵌入式CPU负责实时控制。实际上，“PC+NC”形式的数控系统对CPU开销需求大的核心控制算法仍是放在NC嵌入式平台里运算，故也无法满足本发明的多通道多轴数控制对CPU高速运算的开销需求。而且还会引入另外一个问题，就是PC和NC之间数据通信的瓶颈、数据传输错误的问题。

此外，嵌入式数控系统软件有的运行在没有操作系统的裸机状态，任务调度通过中断或者采用时间片的方式，开发者自己实现任务调度；有的数控系统运行简单的实时操作系统内核(如μC/OS-II),调度PLC、插补等任务；但这种数控系统对文件系统、网络等应用程序需要开发者从底层自行搭建，设计相对复杂麻烦。

再者，通用型嵌入式数控系统有的采用电平脉冲串信号，通过电缆发给交流伺服驱动器，交流伺服电机带动机床工作台到达指定位置，这种传输方法容易受到干扰丢失脉冲信号,传输距离近，而且每个电机都有一根电缆从数控系统到交流伺服驱动器连接，电缆数量多，不易于拓展。

发明内容

本发明提出一种基于工业PC的多通道多轴联动的数控系统及方法，满足多通道多轴联动控制的处理能力开销需求，且易于拓展，其通过以下技术手段实现：

基于工业PC的多通道多轴联动的数控系统包括具有以太网通信模块的工业计算机，其基于EtherCAT总线与EtherCAT总线伺服驱动器和/或EtherCAT总线IO模块连接，以实现数据交互与控制；

该工业计算机搭载具有Xenomai实时内核的Linux操作系统，于该Linux操作系统上运行有用于多通道加工控制的数控软件，该数控软件具有对一个通道或同时对多个通道的进行操作或参数设置的操作界面。

于本发明的一个或多个实施例当中，该数控软件包括人机交互模块、运动控制模块和逻辑控制模块，这些模块由软件数据总线连接并通信；

该人机交互模块基于工业计算机实现输入/输出，用于供用户设定加工程序和参数；

该运动控制模块根据加工程序执行编译、插补运算及生成对应的动作指令；

该逻辑控制模块用于机床的开关量输入与输出控制，采集机床主轴编码器，控制机床电气。