一種基于網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)型嵌入式五軸數(shù)控系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)型嵌入式五軸數(shù)控系統(tǒng)及其控制方法，屬于數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，包括PC電腦、ARM處理器、DSP處理器、SRAM緩存模塊、觸摸屏模塊、FLASH存儲(chǔ)模塊、C軸差分模塊、正交電路、XYZA四軸差分模塊、光電隔離模塊和五軸自動(dòng)化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)通過(guò)觸摸屏模塊現(xiàn)場(chǎng)控制，進(jìn)行脫機(jī)運(yùn)行，即能夠發(fā)揮PC平臺(tái)的CAD/CAM軟件的工藝編輯優(yōu)勢(shì)，又能夠發(fā)揮G代碼流程式執(zhí)行和PLC指令循環(huán)執(zhí)行的編程優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)容易擴(kuò)展，成本低，便于應(yīng)用到輕型五軸運(yùn)動(dòng)設(shè)備上；同時(shí)也可方便的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程調(diào)度管理和遠(yuǎn)程維護(hù)。
【專利說(shuō)明】
一種基于網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)型嵌入式五軸數(shù)控系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)型嵌入式五軸數(shù)控系統(tǒng)及其控制方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]基于經(jīng)濟(jì)型五軸數(shù)控系統(tǒng)的主要目的是解決輕工業(yè)領(lǐng)域五軸自動(dòng)化設(shè)備的控制問(wèn)題，解決五軸系統(tǒng)成本高、工藝編程復(fù)雜、系統(tǒng)使用繁瑣等現(xiàn)實(shí)矛盾，建立一個(gè)低成本的、 操作簡(jiǎn)便、參數(shù)化的系統(tǒng)平臺(tái)。
[0003]目前五軸數(shù)控系統(tǒng)的主要解決方案是:1.專用數(shù)控系統(tǒng)，如西門子、FANUC等國(guó)外廠家，藍(lán)天數(shù)控、華中數(shù)控等國(guó)內(nèi)廠家;2.PC+PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡，一般采用Mach3軟件作為上位機(jī)軟件；3.DSP+FPGA雙核處理，能有效發(fā)揮DSP的高速運(yùn)算和FPGA的并行執(zhí)行的特點(diǎn)；4.單片機(jī)，一般用于低端控制器應(yīng)用。
[0004]但是，這些方案在輕工業(yè)某些應(yīng)用領(lǐng)域，都存在一些成本，應(yīng)用便利性上的局限性:成本高，可靠性差，技術(shù)具有封閉性，靈活性差。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)型嵌入式五軸數(shù)控系統(tǒng)及其控制方法， 采用ARM+DSP的32位雙處理器架構(gòu)，結(jié)合PC平臺(tái)的CAD/CAM軟件的工藝編程優(yōu)勢(shì)，自動(dòng)生成G 代碼執(zhí)行和PLC指令程序，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏顯示，控制脫機(jī)運(yùn)動(dòng)模塊自動(dòng)執(zhí)行程序，可實(shí)現(xiàn)通過(guò)觸摸屏模塊現(xiàn)場(chǎng)控制，進(jìn)行脫機(jī)運(yùn)行，即能夠發(fā)揮PC平臺(tái)的CAD/CAM軟件的工藝編輯優(yōu)勢(shì)，又能夠發(fā)揮G代碼流程式執(zhí)行和PLC指令循環(huán)執(zhí)行的編程優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)容易擴(kuò)展，成本低， 便于應(yīng)用到輕型五軸運(yùn)動(dòng)設(shè)備上；同時(shí)也可方便的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程調(diào)度管理和遠(yuǎn)程維護(hù)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:[〇〇〇7] 一種基于網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)型嵌入式五軸數(shù)控系統(tǒng)，包括PC電腦、ARM處理器、DSP處理器、SRAM緩存模塊、觸摸屏模塊、FLASH存儲(chǔ)模塊、C軸差分模塊、正交電路、XYZA四軸差分模塊、光電隔離模塊和五軸自動(dòng)化設(shè)備，所述ARM處理器設(shè)有SRAM通信端、FLASH通信端、C軸控制端、DSP通信接口、232串口 A、USB接口和網(wǎng)線接口，ARM處理器通過(guò)所述USB接口或所述網(wǎng)線接口與PC電腦通信，觸摸屏模塊的通信端與所述232串口 A連接，SRAM緩存模塊的通信端與所述SRAM通信端連接，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)模塊的通信端與所述FLASH通信端連接，C軸差分模塊的輸入端與所述C軸控制端連接；
[0008]DSP處理器設(shè)有四軸控制端、運(yùn)動(dòng)信號(hào)反饋端、邏輯控制端和ARM通信接口，ARM通信接口與所述DSP通信接口連接，正交電路的輸出端與所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)反饋端連接，光電隔離模塊的輸入端與所述邏輯控制端連接；
[0009]XYZA四軸差分模塊包括四軸輸入端、四軸輸出端、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻 R4、電容C1和差分芯片U1，差分芯片U1的腳7和腳12連接地線，所述差分芯片U1的腳16連接VCC電源，所述差分芯片U1的腳7通過(guò)電容Cl連接腳16,所述差分芯片U1的腳8和腳1分別通過(guò)電阻R2和電阻R1連接四軸輸入端，所述差分芯片U1的腳9和腳15分別通過(guò)電阻R4和電阻 R3連接四軸輸出端，所述四軸輸入端連接所述四軸控制端；[〇〇1〇]五軸自動(dòng)化設(shè)備設(shè)有C軸邏輯接口，運(yùn)動(dòng)信號(hào)接口，四軸邏輯接口和邏輯控制接口，所述光電隔離模塊的輸出端與所述邏輯控制接口連接，所述四軸輸出端與所述四軸邏輯接口連接，所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)接口與所述正交電路輸入端連接，所述C軸邏輯接口與所述C軸差分模塊的輸出端連接。[0011 ] 所述ARM處理器還設(shè)有232串口B、CAN總線接口和U盤接口，所述232串口B和外部擴(kuò)展智能檢測(cè)設(shè)備連接，所述CAN總線接口擴(kuò)展系統(tǒng)的內(nèi)部功能模塊、運(yùn)動(dòng)模塊或輸入輸出模塊，所述U盤接口連接外部U盤。
[0012]所述差分芯片U1為AM26LS31C。
[0013]基于所述的一種基于網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)型嵌入式五軸數(shù)控系統(tǒng)的控制方法:包括以下步驟:
[0014]步驟1:通過(guò)PC電腦上的PC端軟件執(zhí)行CAD/CAM編程，并讀取標(biāo)準(zhǔn)DXF文件，結(jié)合實(shí)際的工藝參數(shù)，生成G代碼執(zhí)行文件；同時(shí)，通過(guò)PC電腦上的PC端軟件執(zhí)行PLC邏輯編程，根據(jù)五軸自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)備邏輯的要求，生成PLC指令文件；[〇〇15]步驟2:將所述G代碼執(zhí)行文件和所述PLC指令文件，通過(guò)USB或網(wǎng)絡(luò)下發(fā)給脫機(jī)運(yùn)動(dòng)模塊，即ARM處理器，脫機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊將所述G代碼執(zhí)行文件和所述PLC指令文件存儲(chǔ)在所述FLASH存儲(chǔ)模塊中，等用戶在觸摸屏模塊選擇文件后，所述ARM處理器將所述G代碼執(zhí)行文件和所述PLC指令文件復(fù)制到所述SRAM緩存模塊中，所述ARM處理器解讀所述G代碼執(zhí)行文件和所述PLC指令文件所指示的指令，通過(guò)DSP處理器、C軸差分模塊、正交電路、XYZA四軸差分模塊、光電隔離模塊和五軸自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行指令執(zhí)行和異常處理，并將執(zhí)行的狀態(tài)和結(jié)果，反饋給觸摸屏模塊顯示。
[0016]本發(fā)明所述的一種基于網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)型嵌入式五軸數(shù)控系統(tǒng)及其控制方法，采用 ARM+DSP的32位雙處理器架構(gòu)，結(jié)合PC平臺(tái)的CAD/CAM軟件的工藝編程優(yōu)勢(shì)，自動(dòng)生成G代碼執(zhí)行和PLC指令程序，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏顯示，控制脫機(jī)運(yùn)動(dòng)模塊自動(dòng)執(zhí)行程序，可實(shí)現(xiàn)通過(guò)觸摸屏模塊現(xiàn)場(chǎng)控制，進(jìn)行脫機(jī)運(yùn)行，即能夠發(fā)揮PC平臺(tái)的CAD/CAM軟件的工藝編輯優(yōu)勢(shì)， 又能夠發(fā)揮G代碼流程式執(zhí)行和PLC指令循環(huán)執(zhí)行的編程優(yōu)勢(shì)，成本低，易擴(kuò)展，系統(tǒng)通過(guò)采用G代碼和PLC相結(jié)合的編程方式，便于多種自動(dòng)化設(shè)備的擴(kuò)展與升級(jí);并且通過(guò)內(nèi)部總線擴(kuò)展，可以方便的擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)模塊和開(kāi)關(guān)量模塊;遠(yuǎn)程監(jiān)控，融合了數(shù)控技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了低成本的集群控制;二次開(kāi)發(fā)，采用了模塊化的設(shè)計(jì)，能夠方便的進(jìn)行功能組合和新功能的開(kāi)發(fā)，便于多種應(yīng)用需求的二次開(kāi)發(fā)?！靖綀D說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明的原理框圖；
[0018]圖2是本發(fā)明的流程圖；
[0019]圖3是本發(fā)明的XYZA四軸差分模塊原理圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1:
[0021]如圖1所示的一種基于網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)型嵌入式五軸數(shù)控系統(tǒng)，包括PC電腦、ARM處理器、DSP處理器、SRAM緩存模塊、觸摸屏模塊、FLASH存儲(chǔ)模塊、C軸差分模塊、正交電路、XYZ A 四軸差分模塊、光電隔離模塊和五軸自動(dòng)化設(shè)備，所述ARM處理器設(shè)有SRAM通信端、FLAS H 通信端、C軸控制端、DSP通信接口、232串口 A、USB接口和網(wǎng)線接口，ARM處理器通過(guò)所述USB 接口或所述網(wǎng)線接口與PC電腦通信，觸摸屏模塊的通信端與所述232串口A連接，S RAM緩存模塊的通信端與所述SRAM通信端連接，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)模塊的通信端與所述FLASH通信端連接，C 軸差分模塊的輸入端與所述C軸控制端連接連接；[〇〇22] DSP處理器設(shè)有四軸控制端、運(yùn)動(dòng)信號(hào)反饋端、邏輯控制端和ARM通信接口，ARM通信接口與所述DSP通信接口連接，正交電路的輸出端與所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)反饋端連接，光電隔離模塊的輸入端與所述邏輯控制端連接；
[0023]如圖3所示的XYZA四軸差分模塊包括四軸輸入端、四軸輸出端、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容C1和差分芯片U1，差分芯片U1的腳7和腳12連接地線，所述差分芯片U1的腳16連接VCC電源，所述差分芯片U1的腳7通過(guò)電容C1連接腳16,所述差分芯片U1的腳8和腳 1分別通過(guò)電阻R2和電阻R1連接四軸輸入端，所述差分芯片U1的腳9和腳15分別通過(guò)電阻R4 和電阻R3連接四軸輸出端，所述四軸輸入端連接所述四軸控制端；[〇〇24]如圖1所示的五軸自動(dòng)化設(shè)備設(shè)有C軸邏輯接口，運(yùn)動(dòng)信號(hào)接口，四軸邏輯接口和邏輯控制接口，所述光電隔離模塊的輸出端與所述邏輯控制接口連接，所述四軸輸出端與所述四軸邏輯接口連接，所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)接口與所述正交電路輸入端連接，所述C軸邏輯接口與所述C軸差分模塊的輸出端連接。
[0025]所述ARM處理器還設(shè)有232串口B、CAN總線接口和U盤接口，所述232串口B用于和外部擴(kuò)展智能檢測(cè)設(shè)備連接，所述CAN總線接口用于擴(kuò)展系統(tǒng)的內(nèi)部功能模塊、運(yùn)動(dòng)模塊或輸入輸出模塊，所述U盤接口用于連接外部U盤。
[0026]所述差分芯片U1為AM26LS31C。[〇〇27] 所述觸摸屏模塊，主要和所述ARM處理器通過(guò)MODBUS協(xié)議通訊，用于現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)顯示，人機(jī)交互，動(dòng)作控制等;其可以是4.3寸，7寸，10.4寸，12寸等大小的觸摸顯示設(shè)備。 [〇〇28] 所述ARM處理器主要采用STM32F407系列處理器，DSP處理器采用基于DSP內(nèi)核的4 軸運(yùn)動(dòng)控制芯片，通過(guò)數(shù)據(jù)地址總線接收所述ARM處理器命令、并產(chǎn)生脈沖控制步進(jìn)電機(jī)或脈沖驅(qū)動(dòng)型伺服電機(jī)，可提供多種輸出運(yùn)動(dòng)控制功能，包括連續(xù)、定長(zhǎng)、回原點(diǎn)等輸出方式， 通過(guò)編碼器反饋反應(yīng)實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況，從而實(shí)現(xiàn)五軸自動(dòng)化設(shè)備的自動(dòng)化控制。
[0029]所述ARM處理器還設(shè)有所述232串口 B，可以提供串行總線通訊服務(wù)，與智能檢測(cè)設(shè)備通訊，主要是根據(jù)實(shí)際設(shè)備需要采集電流，電壓，溫濕度等參數(shù)，供系統(tǒng)控制需要。
[0030]所述ARM處理器還設(shè)有1路所述CAN總線接口，可以提供控制器局域網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，能夠根據(jù)需求的變化，擴(kuò)展系統(tǒng)自己的內(nèi)部功能模塊，實(shí)現(xiàn)軸口的擴(kuò)展，輸入輸出數(shù)量的擴(kuò)展等。
[0031]所述XYZA四軸差分模塊主要采用AM26LS31C差分芯片構(gòu)成，并通過(guò)緩沖0歐電阻R1 和電阻R2與DSP處理器相連，主要解決高頻的EMC的干擾。電容C1作為旁路電容，主要解決芯片的電源高頻干擾。[〇〇32] 實(shí)施例2:
[0033]如圖2所示基于實(shí)施例1所述的一種基于網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)型嵌入式五軸數(shù)控系統(tǒng)的控制方法:包括以下步驟:[〇〇34] 步驟1:通過(guò)PC電腦上的PC端軟件執(zhí)行CAD/CAM編程，并讀取標(biāo)準(zhǔn)DXF文件，結(jié)合實(shí)際的工藝參數(shù)，生成G代碼執(zhí)行文件；同時(shí)，通過(guò)PC電腦上的PC端軟件執(zhí)行PLC邏輯編程，根據(jù)五軸自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)備邏輯的要求，生成PLC指令文件；
[0035] CAD/CAM編程軟件能夠根據(jù)DXF圖形導(dǎo)入和工藝參數(shù)設(shè)置，自動(dòng)生成G代碼執(zhí)行文件;PLC邏輯編程軟件能夠根據(jù)自動(dòng)化設(shè)備的操作邏輯要求，編寫控制邏輯程序，以快速滿足機(jī)構(gòu)或動(dòng)作的變更需求，所述PLC邏輯編程軟件包括梯形圖軟件和代碼式執(zhí)行的編輯軟件，能夠提供梯形圖程序編寫和指令編輯、修改，下發(fā)等功能的軟件平臺(tái)。[〇〇36] PC電腦可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問(wèn)所述ARM處理器實(shí)現(xiàn)包括系統(tǒng)升級(jí)，遠(yuǎn)程操作，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等服務(wù)。[〇〇37]步驟2:將所述G代碼執(zhí)行文件和所述PLC指令文件，通過(guò)USB接口或網(wǎng)絡(luò)下發(fā)給脫機(jī)運(yùn)動(dòng)模塊，即ARM處理器，脫機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊將所述G代碼執(zhí)行文件和所述PLC指令文件存儲(chǔ)在所述FLASH存儲(chǔ)模塊中，等用戶在觸摸屏模塊選擇文件后，所述ARM處理器將所述G代碼執(zhí)行文件和所述PLC指令文件復(fù)制到所述SRAM緩存模塊中，所述ARM處理器解讀所述G代碼執(zhí)行文件和所述PLC指令文件所指示的指令，通過(guò)DSP處理器、C軸差分模塊、正交電路、XYZA 四軸差分模塊、光電隔離模塊和五軸自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行指令執(zhí)行和異常處理，實(shí)現(xiàn)G代碼程序解釋與執(zhí)行，能夠?qū)崿F(xiàn)PLC邏輯指令的解釋與執(zhí)行，能夠?qū)崿F(xiàn)直線插補(bǔ)，空間圓弧插補(bǔ)，速度前瞻，加減速控制等功能，并將執(zhí)行的狀態(tài)和結(jié)果，反饋給觸摸屏模塊顯示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)型嵌入式五軸數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:包括PC電腦、ARM處理器、 DSP處理器、SRAM緩存模塊、觸摸屏模塊、FLASH存儲(chǔ)模塊、C軸差分模塊、正交電路、XYZ A四 軸差分模塊、光電隔離模塊和五軸自動(dòng)化設(shè)備，所述ARM處理器設(shè)有SRAM通信端、FLAS H通 信端、C軸控制端、DSP通信接口、232串口 A、USB接口和網(wǎng)線接口，ARM處理器通過(guò)所述USB接 口或所述網(wǎng)線接口與PC電腦通信，觸摸屏模塊的通信端與所述232串口A連接，S RAM緩存模 塊的通信端與所述SRAM通信端連接，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)模塊的通信端與所述FLASH通信端連接，C軸 差分模塊的輸入端與所述C軸控制端連接；DSP處理器設(shè)有四軸控制端、運(yùn)動(dòng)信號(hào)反饋端、邏輯控制端和ARM通信接口，ARM通信接 口與所述DSP通信接口連接，正交電路的輸出端與所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)反饋端連接，光電隔離模塊 的輸入端與所述邏輯控制端連接；XYZA四軸差分模塊包括四軸輸入端、四軸輸出端、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電 容C1和差分芯片U1，差分芯片U1的腳7和腳12連接地線，所述差分芯片U1的腳16連接VCC電 源，所述差分芯片U1的腳7通過(guò)電容C1連接腳16,所述差分芯片U1的腳8和腳1分別通過(guò)電阻 R2和電阻R1連接四軸輸入端，所述差分芯片U1的腳9和腳15分別通過(guò)電阻R4和電阻R3連接 四軸輸出端，所述四軸輸入端連接所述四軸控制端；五軸自動(dòng)化設(shè)備設(shè)有C軸邏輯接口，運(yùn)動(dòng)信號(hào)接口，四軸邏輯接口和邏輯控制接口，所 述光電隔離模塊的輸出端與所述邏輯控制接口連接，所述四軸輸出端與所述四軸邏輯接口 連接，所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)接口與所述正交電路輸入端連接，所述C軸邏輯接口與所述C軸差分模 塊的輸出端連接。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)型嵌入式五軸數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述 ARM處理器還設(shè)有232串口B、CAN總線接口和U盤接口，所述232串口B和外部擴(kuò)展智能檢測(cè)設(shè) 備連接，所述CAN總線接口擴(kuò)展系統(tǒng)的內(nèi)部功能模塊、運(yùn)動(dòng)模塊或輸入輸出模塊，所述U盤接 口連接外部U盤。3.如權(quán)利要求1所述的一種基于網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)型嵌入式五軸數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述 差分芯片U1為AM26LS31C。4.基于權(quán)利要求1所述的一種基于網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)型嵌入式五軸數(shù)控系統(tǒng)的控制方法:包 括以下步驟:步驟1:通過(guò)PC電腦上的PC端軟件執(zhí)行CAD/CAM編程，并讀取標(biāo)準(zhǔn)DXF文件，結(jié)合實(shí)際的 工藝參數(shù)，生成G代碼執(zhí)行文件；同時(shí)，通過(guò)PC電腦上的PC端軟件執(zhí)行PLC邏輯編程，根據(jù)五 軸自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)備邏輯的要求，生成PLC指令文件；步驟2:將所述G代碼執(zhí)行文件和所述PLC指令文件，通過(guò)USB或網(wǎng)絡(luò)下發(fā)給脫機(jī)運(yùn)動(dòng)模 塊，S卩ARM處理器，脫機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊將所述G代碼執(zhí)行文件和所述PLC指令文件存儲(chǔ)在所述 FLASH存儲(chǔ)模塊中，等用戶在觸摸屏模塊選擇文件后，所述ARM處理器將所述G代碼執(zhí)行文件 和所述PLC指令文件復(fù)制到所述SRAM緩存模塊中，所述ARM處理器解讀所述G代碼執(zhí)行文件 和所述PLC指令文件所指示的指令，通過(guò)DSP處理器、C軸差分模塊、正交電路、XYZA四軸差分 模塊、光電隔離模塊和五軸自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行指令執(zhí)行和異常處理，并將執(zhí)行的狀態(tài)和結(jié)果， 反饋給觸摸屏模塊顯示。
【文檔編號(hào)】G05B19/414GK105955202SQ201610300016
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】莊源昌, 鄭湃, 王曉峰, 冒益海, 張飛, 朱興華
【申請(qǐng)人】常州數(shù)控技術(shù)研究所