1、*1*2*3*4*5計計 算算 機機 基基 本本 系系 統統設備層設備層設備支持層設備支持層接 口人機控制運動控制PMC其他I/O其他設備計算機系統顯示設備輸入/出設備機 床機器人測量機 .圖3-1 CNC的一般性硬件結構*6*7操作系統管理軟件控制軟件零件程序管理顯示處理人機交互交互位置控制輸入輸出管理插補運算故障診斷處理速度處理機床輸入輸出編譯處理主軸控制刀具半徑補償.圖 3-2 CNC 軟件系統功能框圖*8*9*10圖3-3 CNC系統平臺硬件操作系統管理軟件應用軟件控制軟件數控加工程序 接口被控設備被控設備 機 床 機器人 測量機 .*11*12*13*14*15*16*17*18*1

2、9*20*21*22*23*24*25*26*27*28*29*30*31坐標軸運動與位置檢測 F指令速度處理坐標及刀補 處理主軸電動機和電氣控制主軸控制與輔助操作處理伺服驅動進給電動機位置控制輸 出插補運算S、M、T執行完信號可編程控制器 PLCS、M、T指令處理插補預處理G指令處 理輸 入譯 碼零件程序插補輸出指令位置控制速度控制進給電動機測量反饋*32*33*34*35*36*37*38I/O設備計算機主板顯 示 卡功能模板m功能模板1電 子 盤多功能卡位置控制板n位置控制板1PLC模塊主軸控制模板機床I/O控制面板速度控制單元1速度控制單元n功能驅動1功能驅動m系 統 總 線（BUS）

3、標準PC計算機CNC裝置CNC系統*39*40*41*42*43*44*45*46*47*48*49*50*51*52*53系 統 總 線數 字 接 口光電隔離器件A/DD/A轉換調理電路功率放大傳 感 元 件功 率 放 大光電隔離器件計 數 器計數脈沖濾波、倍頻整形 PMC模塊硬件邏輯框圖開關量轉換脈沖量轉換模擬量轉換*54電 源 模 塊通信功能人 機 接 口編程調試和試驗功能至傳感器和執行器的接口功能應用程序的執行操作系統功能應用程序存儲數 據 存 儲信號處理功能操作者應用程序設計人員機器/過程 PLC系統的基本結構外部供電外部設備*55*56*57*58*59*60ALL-IN-ONE

4、CPU卡顯 示 卡位置控制板n位置控制板1電 子 盤速度控制單元1速度控制單元n無 源 母 板（系 統 總 線 BUS)標準PC計算機CNC裝置光隔I/O板機床開關量I/O按鈕站、狀態燈NC鍵盤CNC系統多功能板主軸控制模板主軸編碼器手搖脈沖發生器定制功能接口網絡卡COM2串口圖7 華中型數控系統硬件結構圖*61ALL-IN-ONE CPU卡顯 示 卡電 子 盤數字交流伺服單元1數字交流伺服單元4無 源 母 板（系 統 總 線 BUS)標準PC計算機CNC裝置光隔I/O板機床開關量I/O按鈕站、狀態燈NC鍵盤CNC系統多功能板主軸控制模快主軸編碼器手搖脈沖發生器定制功能接口網絡卡COM2串口圖

5、7 華中型數控系統硬件結構圖四串口通信板*62打印機接口計算機主板顯 示 卡多功能板步進電機單元1步進電機單元8系 統 總 線 （BUS)標準PC計算機機床開關量I/O操作面板主軸編碼器手搖脈沖發生器控制面板定制功能接口網絡卡多功能NC接口板光隔I/O接口軟/硬盤驅動器控制柜圖8 華中型教學數控系統硬件結構圖*數字控制機床63*64*65*66FANUC BUS操作面板圖形顯示模塊(CPU)通訊模塊(CPU)自動編程模塊(CPU)主存儲器模塊插補模塊(CPU)PLC模塊(CPU)位置控制模塊(CPU)主軸控制模塊CRT/MDII/O單元伺服驅動單元主軸單元圖3-13 FANUC 15系統硬件結

6、構*67*68*69顯示CPU鍵盤中央CPU插補CPU串口和收發器CTRC并 行 接 口反饋脈沖和處理EPROMEPROMRAM/EPROM512 RAMRAM 512 字符發生器CRT模擬量輸出機床接口反饋信號收發器XYZCW共享存儲器結構CNC系統硬件結構*70*71*72*73*74*75輸 入預處理位置檢測插補運算位置控制速度控制伺服電機程序硬件硬件硬件硬件軟件軟件軟件軟件 軟件和硬件的功能界面 *76*77加工程序譯 碼譯碼緩沖區刀補處理刀補緩沖區速度預處理插補緩沖區插補處理運行緩沖區伺服驅動位控處理位置反饋PLC控制*78*79*80D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0G

7、00 0：無該指令； 1：有該指令G01 0：無該指令； 1：有該指令G02 0：無該指令； 1：有該指令G03 0：無該指令； 1：有該指令G90/G91 0：G90；1：G91G06 0：無該指令； 1：有該指令00：G40；11：G4001：G41；10；G42*81*82*83P Pe e(200,300(200,300) )P P0 0(72,148)(72,148)X XY YG41G41G42G42P Pe eP P”e eR ReP*84*85L*86*87f（）插補輸出X1Y1指令位置X1新Y1新跟隨誤差X3Y3X2新Y2新實際位置反饋位置增量X2、Y2X1舊Y1舊X2舊Y2

8、舊速度指令VX、VY圖3-16 位置控制轉換流程+-+*88*89*90*91*92*93*94*95譯碼刀補I/O顯示初始化位置控制插補運算背景程序4ms8ms16ms中斷級別高中斷級別低*96背景程序0ms 4ms 8ms 12ms 16ms位置控制插補運算*97*98*99*1001231232tt空間時間順序處理輸出輸出CPU1時間t+tt空間111333222輸出輸出輸出CPU1CPU2CPU3并行處理*101*102*103*104*105*106*107*108*109*110*111前臺程序故障處理位置控制插補運算后臺程序譯 碼刀補處理速度預處理輸入/輸出顯示中斷執行循環執行*

9、112*113*114初始化中斷管理系統（硬件 + 軟件）0級中斷服務程序 級中斷服務程序 級中斷服務程序級中斷服務程序1n2*115*116*117RTOS模塊（任務）1模塊（任務）2模塊（任務）*118*119*120*121*122*123編輯程序參數設置解釋程序PLC管理MDI故障顯示過程控制軟件NCBIOSRTMMS-DOS位置控制I/O控制PLC控制低層軟件過程層軟件NCBASE*124*125編輯程序參數設置解釋程序PLC管理MDI故障顯示過程控制軟件NCBIOSRTMMS-DOS位置控制I/O控制PLC控制低層軟件過程層軟件NCBASE*126編輯程序參數設置解釋程序PLC管理

10、MDI故障顯示過程控制軟件NCBIOSRTMMS-DOS位置控制I/O控制PLC控制低層軟件過程層軟件NABASE*127*128刀 補運 算譯 碼解 釋動 態顯 示人 機界 面PLC功 能數 據采 集插 補運 算位 置控 制時鐘中斷服務程序任 務調度程序調度核心970 m s 4 8 1 2 1 6位置控制插補運算后臺程序實線表示從調度核心進入任務或任務在一個時間片內沒有運行完返回調度核心,虛線表示任務在時間片內運行完返回調度核心.*129保護現場保護協處理器數據各定時任務計時轉向調度程序中斷服務程序框圖設置堆棧是否掛起過?調度程序框圖取就緒隊列讀任務狀態恢復斷點進入任務取隊列中下一任務NY

11、*130*131*132*133*134*135*136*137表4-1 FANUC-BESK 7CM CNC系統的各級中斷功能中斷級別主要功能中斷源0控制CRT顯示硬件1譯碼、刀具中心軌跡計算，顯示器控制軟件，16ms定時2鍵盤監控，I/O信號處理，穿孔機控制軟件，16ms定時3操作面板和電傳機處理硬件4插補運算、終點判別和轉段處理軟件，8ms定時5紙帶閱讀機讀紙帶處理硬件6伺服系統位置控制處理4ms實時鐘7系統測試(測試，非使用態）硬件*138表4-2 FANUC-BESK 7CM CNC系統1級中斷的13種功能口狀態字對應口的功能0顯示處理1公英制轉換2部分初始化3從存儲區（MP、PC或

12、SP區）讀一段數控程序到BS區4輪廓軌跡轉換成刀具中心軌跡5“再啟動”處理6“再啟動”開關無效時，刀具回到斷點“啟動”處理7按“啟動”按鈕時，要讀一段程序到BS區的預處理8連續加工時，要讀一段程序到BS區的預處理9紙帶閱讀機反繞或存儲器指針返回首址的處理A啟動紙帶閱讀機使紙帶正常進給一步B置M、S、T指令標志及G96速度換算C置紙帶反繞標志*139號口處理號口處理21號口處理號口處理要處理的口均處理完了么？清除1級中斷要求NY程序入口C0按規定的查詢次序依次查詢“口狀態字”，若被查詢的位為“1”，轉入相應的口處理。圖4-12 1級中斷各口處理轉換框圖 *140*141*142*143*144*

13、145后臺程序初始化實時中斷程序*146*147系統初始化等待緊停復位背景程序MCU總清方式選擇自動/單段手動鍵盤增量點動；連續點動；回參考點；設置零點；閱讀機復位；測試方式；CRT顯示操作命令；MDI段；執行；數據輸入；CRT顯示等待循環起動段執行程序；讀程序到緩存區；譯碼；處理傳送；等待段完成狀態檢查M02EORM30倒帶自動循環停處理10.24ms中斷閱讀機中斷鍵盤中斷保護現場位置伺服面板掃描PAL程序插補面板輸出恢復現場存入字符存入字符恢復現場恢復現場保護現場保護現場返回返回返回*148*149*150譯碼 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7A15A8+5V RX7 *15

14、1*152*153*154 + + - + +-MC3847 75175MC384675174*155*156用戶程序A第7層 應用層第6層表示層第5層會議層第4層傳輸層第3層網絡層第2層數據鏈路層第1層物理層用戶程序B第7層 應用層第6層表示層第5層會議層第4層傳輸層第3層網絡層第2層數據鏈路層第1層物理層 A 各層功能 B 直接向應用程序提供各種服務格式轉換以適應網絡要求 數據的管理與同步 提供節點至最終節點間可靠透明的數據傳送 完成節點間數據傳送的數據包路由選擇 提供相鄰節點間幀傳送的差錯控制 相鄰節點間位傳送及編碼 實際鏈路 *157OSIOSI參參考模型考模型*158*159OSIO

15、SI參參考模型考模型各層的作用各層的作用物理層物理層: :物理層定義了激活、維護和關閉終端用戶之間電器物理層定義了激活、維護和關閉終端用戶之間電器的、機械的、過程的和功能的特性。的、機械的、過程的和功能的特性。在物理媒體上傳輸原在物理媒體上傳輸原始的數據比特流。始的數據比特流。數據鏈路層數據鏈路層: :將數據分成一個個數據幀，以數據幀為單位將數據分成一個個數據幀，以數據幀為單位進進行傳輸。有應有答，遇錯重發。行傳輸。有應有答，遇錯重發。數據鏈路層在物理線路上數據鏈路層在物理線路上提供可靠的數據傳輸。提供可靠的數據傳輸。 網絡層網絡層: :將數據分成一定長度的分組，將分組穿過通信子將數據分成一定

16、長度的分組，將分組穿過通信子網網從信源傳到信宿。路徑選擇。從信源傳到信宿。路徑選擇。它為兩個處在不同地理位置它為兩個處在不同地理位置上的網絡系統中的終端設備提供連接和路徑選擇。上的網絡系統中的終端設備提供連接和路徑選擇。 傳輸層傳輸層: :為上層用戶提供不具體網絡的高效經濟透明的為上層用戶提供不具體網絡的高效經濟透明的端端端數據傳輸服務。端數據傳輸服務。該層將數據分段并組裝成數據流。（從該層將數據分段并組裝成數據流。（從該層到第該層到第1層，主要是處理與傳輸相關的問題。）為數據的層，主要是處理與傳輸相關的問題。）為數據的傳輸提供服務，并對上層屏蔽傳輸層執行的細節。傳輸提供服務，并對上層屏蔽傳輸

17、層執行的細節。*160會話層會話層: :進程間的對話也稱為對話，會話層管理不同主機進程間的對話也稱為對話，會話層管理不同主機上各上各進程間的對話。進程間的對話。會話層建立、管理和終止應用程序之間的對會話層建立、管理和終止應用程序之間的對話。話。 會話層為表示層提供服務會話層為表示層提供服務.表示層表示層: :為上層用戶提供數據信息的語法表示變換為上層用戶提供數據信息的語法表示變換, ,這一層保這一層保證一個系統應用層發出的信息能被另一個系統的應用層讀出證一個系統應用層發出的信息能被另一個系統的應用層讀出。應用層應用層: :為應用進程提供訪問為應用進程提供訪問OSIOSI環境的手段。環境的手段。它是它是OSI中最靠近用戶