基于DSP运动控制器的实时多任务开放式数控系统

0 前言

　　开放式数控系统具有可扩展性、可移植性、可互换性的特点。现已成为CNC 系统的发展趋势。具有改进哈佛结构(havard structure) 的DSP 使CNC 系统的软硬件资源得以最大限度的利用。与冯. 诺依曼结构相比,哈佛结构的程序和数据具有独立的存储空间,改进的结构使数据总线和程序总线之间有局部的交叉连接,这使程序的提取、数据读写和DMA 存取可以并行地进行。

1 系统的软硬件组成

　　1.1 硬件

　　交流伺服系统是一个典型的速度闭环系统, 伺服驱动器从主控制系统接受电压变化范围为-Ui～Ui 的速度指令信号。电压从- Ui变化到Ui 的过程中,伺服电机可实现从反转最高速度变化到零,然后再变化到正转最高速度。带位置环的全数字式交流伺服系统,不仅可以进行位置的闭环控制,还使得交流伺服电机可以像步进电机一样易于控制, 上位控制器可以是CNC、PLC 或者直接是Compuer 等。交流伺服系统的位置环、速度环和电流环都集成在伺服驱动器内部。伺服电机都带有高精度的光电编码器,给伺服驱动器提供高精度的速度和位置反馈信号。在本系统中的信浓伺服驱动器就可以直接返回编码器信号, 同时接受10V 的直流电压。因此,此类伺服系统很易于应用于PC 机构成的系统中。系统组成由图1所示。

图1 　主从式数控系统组成

　　MCT8000F4 型DSP 多轴运动控制器通过PC 机ISA 总线直接与PC 机相连接,组成主控制系统。控制器核心芯片为TI 公司的TMS320C31。

　　1.2 软件

　　为了使该系统软件易于维护,具有可重构性、可扩展性,在软件设计中采用模块化设计方法。按CNC 系统的实时多任务设计系统软件模块。

图2 　用MCT8000F4 控制器的交流伺服系统

　　①加工控制,如点动、自动、选择、模拟、辅助加工等。

　　②加工轨迹跟踪,在界面上将刀具的加工轨迹按实际加工情况显示出来。

　　③加工信息的动态显示,如加工坐标、数控程序段等。

　　④用户动作的监控。

　　⑤信号的监测,对下位机传来的信号进行判定,并给系统相应的指示。

　　⑥写数据,将上位机的命令与数据传递给下位机,以指挥机床运动。

2 系统的软硬件实现

　　2.1 硬件

　　图2 所示为用MCT8000F4 控制器控制交流伺服系统。其中,MCT8000F4 I/ O接口板上的硬件端口定义见表1。

　　MCT8000F4 控制板和MCT8000F4 - IO 接口板向伺服放大器输出控制信号。编码器检测电机的实际位置并通过ENC 反馈给MCT8000F4 。MCT8000F4 将位置指令与编码器反馈的实际位置信号比较,产生的偏差信号通过DAC 输出端子DAC0. 1. 2 输入伺服放大器,从而形成半闭环位置控制系统;通过DAC 端子的电压值可调节电机的转速。数字输出信号DO0. 1. 2 用于控制伺服放大器。

　　系统采用信浓的DOS016b - CB752F 交流伺服驱动器。伺服
　　电机为信浓8CB75 - 2SE6F。本伺服驱动器有以下特性。
　　伺服电机的特性参数:
　　额定功率:750W
　　额定转矩:24. 4kgf . cm
　　最大转矩:61. 0kgf . cm
　　编码器线数:2000 线
　　电机额定转速:3000min
　　输入电压:AC 200/ 220v 交流市电,单相50/ 60Hz
　　控制系统:单相全波整流场效应晶体管脉宽调制系统
　　速度控制范围:1 :1000
　　额定速度控制电压:10v

　　内置功能:七段LED 显示报警和信号,内置再生电路,电源延迟开启(大约1 秒) ,保护功能(过流,过载,过热,机超速,电源控制出错等) 。