基于單片機的CK6163數(shù)控車床控制系統(tǒng)設(shè)計.zip,基于,單片機,CK6163,數(shù)控車床,控制系統(tǒng),設(shè)計 外文資料翻譯 原文題目:Analysis of open CNC architecture for machine tools 原 文 來 源： 巴西機械科學學報 2002年7月  巴西機械科學學報 打印版本ISSN 0100-7386 J.Braz. Soc. 機械學科 第24卷，第3期，里約熱內(nèi)盧，2002年7月 http://dx.doi.org/10.1590/S0100-73862002000300009 機床開放式數(shù)控結(jié)構(gòu)分析 O. L. Asato1; E. R. R. Kato; R. Y. Inamasu; A. J. V. PortoI IUSP EESC - 圣保羅大學 CarlosDepartamento 機械工程 ?13560-254 圣保羅卡洛斯SP的圣保羅學校.巴西l 概要 數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展導致了能以更高的速度和更高的可靠性，允許開發(fā)適應于新的生產(chǎn)系統(tǒng)（例如，柔性制造系統(tǒng)-FMS）的機器控制器。大多數(shù)控制器是與相應機床制造商的數(shù)控技術(shù)一致開發(fā)的，任何對其組件的更改或改編都不容易實現(xiàn)。機器設(shè)計人員面臨硬件和軟件限制，如系統(tǒng)元素之間缺乏交互，不可以添加新功能。這是由于硬件不兼容，軟件不允許在源程序中進行更改。開放式架構(gòu)理念的引入推動了新一代數(shù)字控制器的發(fā)展。這將傳統(tǒng)的CNC技術(shù)帶入了標準的IBM-PC微機。因此，組合CNC（定位）和微型計算機的特點（易于編程，系統(tǒng)配置，網(wǎng)絡通信等），一些研究人員已經(jīng)解決了軟件和硬件的靈活結(jié)構(gòu)，允許更改硬件基本配置和所有控制軟件級別。在這項工作中，描述了OSACA，OMAC，HOAM-CNC和OSEC架構(gòu)中開放式架構(gòu)控制器的開發(fā)。 關(guān)鍵詞：開放式架構(gòu),數(shù)控，機床 簡介 當前制造系統(tǒng)中的工業(yè)自動化演變需要在設(shè)備制造商（例如數(shù)控機器）和使用基于自動設(shè)備（例如計算機集成制造-CIM）的操作和集成的生產(chǎn)技術(shù)的客戶之間建立規(guī)則。這些規(guī)則是必需的，因為在植入和維護復雜的工廠控制器的網(wǎng)絡期間存在著的問題。 當需要擴展、維護和集成“生產(chǎn)島”時，工程師和技術(shù)人員在硬件和軟件方面會受到限制。而硬件和軟件問題通常不允許使用相同的控制硬件，于是提出了尋求“開放式”的解決方案來提高生產(chǎn)中增加的成本。 Wada（1996）的“開放方式”的意義在于獨立于制造商的技術(shù)，允許用戶從幾個不同的制造商購買硬件和軟件，并自由地組裝所獲得的設(shè)備。 因此，開放式架構(gòu)控制器具有集成來自幾個不同制造商的多個設(shè)備的能力，并且具有多個可編程應用接口的控制解決方案，以更低的成本保持相同的性能。 開放架構(gòu)控制器的第一個起點開始于NIST（國家標準與技術(shù)研究所）提出使用RCS（實時控制系統(tǒng)），這是15年前的架構(gòu)模型（Proctor和Albus，1997）。 RCS模型是由NCMS（國家制造科學中心）和美國空軍共同主辦的NGC（下一代控制器）計劃的基礎(chǔ)，驗證了下一代控制器的工業(yè)需求。研究開始于標準SOSAS（開放系統(tǒng)架構(gòu)標準規(guī)范）的開發(fā)（Yamazaki，1996）。 盡管經(jīng)過這樣的努力，CNC開放式架構(gòu)仍然沒有定義通用模式。然而，研究中心中的架構(gòu)的若干發(fā)展允許改變軟件和硬件，這樣能夠提供大量可能的設(shè)計配置。 開放式架構(gòu)系統(tǒng)的規(guī)范 開放架構(gòu)控制器在硬件上應該是靈活的，因為它是用于所有控制級別的軟件（Wright等人，1996）。開放架構(gòu)控制器必須是標準的，允許任何工程師或技術(shù)人員進行硬件和軟件開發(fā)，以及與其他控制器，單元控制系統(tǒng)和高級計劃系統(tǒng)的集成（Schofield，1996）。 機床開放控制器應允許集成由不同制造商開發(fā)的獨立應用程序模塊，控制算法，傳感器和計算機硬件（Pritschow等，1993）。 開放系統(tǒng)允許在與其他應用系統(tǒng)交互的多個平臺中編程。 開放式架構(gòu)系統(tǒng)的一些規(guī)范是（Miles，1998）（Oshiro，1998）： ?交互：由于標準數(shù)據(jù)語義的交流; ?互操作性：不同制造商具有相同的組件功能; ?可移植性：易于使用的應用軟件可以從一個環(huán)境轉(zhuǎn)移到另一個環(huán)境。 ?可擴展性：系統(tǒng)根據(jù)需求增加或減少的能力。 架構(gòu)類型 下面將闡述開放式架構(gòu)系統(tǒng)的一些發(fā)展過程： OSACA架構(gòu)（用于自動化系統(tǒng)內(nèi)控制的開放系統(tǒng)架構(gòu)） OSACA（1998）架構(gòu)是用于自動系統(tǒng)的控制開放系統(tǒng)架構(gòu)。它出現(xiàn)在歐洲的6379計劃中的ESPRIT III項目，是涉及OAC（開放式架構(gòu)控制）的最大的項目之一，包括網(wǎng)絡連接和應用程序（Koren等人，1996a）。 OSACA項目始于1992年，由法國，德國，意大利，西班牙和瑞士的研究機構(gòu)共同執(zhí)行。 OSACA項目的主要目標是定義獨立的硬件和模塊化，即在模塊中工作中，允許添加或刪除數(shù)字控制，機器人控制，可編程邏輯控制器（PLC），單元控制等。這些模塊也創(chuàng)建了OSACA第二階段項目9115，以建立軟件模塊化系統(tǒng)、通信接口、操作和開放的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的新功能和用于新的數(shù)字設(shè)備（Pritschow等，1993）。 遵循同樣的研究路線，它在德國創(chuàng)建HüMNOS（面向?qū)ο蟮拈_放架構(gòu)控制系統(tǒng)中的應用的調(diào)制開發(fā)）項目。這個項目開發(fā)是基于OSACA的結(jié)果。隨著這個項目的幾個研究，使它擁有終極用戶（寶馬，梅賽德斯奔馳），機床制造商（Alfing，F(xiàn)ritz Wener，Grunewald，Heller，Homag，HüllerHille，Index，Mikromat，Pfauter，Trumpf和Unipo）和控制器制造商（Bosch，DASA ，Grundig電子，ISG，SIEMENS）。 這樣做的目的是在用戶和制造商之間交換信息，為兩者帶來好處。 OSACA架構(gòu)允許使用用戶界面組裝機床控制，而不需要檢查整個軟件（Altintas，et al。，1996）。而為了達到這個目標，我們有必要先了解平臺的概念。 平臺由為功能單元（FU）控制提供統(tǒng)一服務的硬件和程序組（操作系統(tǒng)，通信系統(tǒng)）組成。與FU的應用程序編程接口（API）基于明確定義的任務。 三個主要平臺領(lǐng)域是： ?通信系統(tǒng)：硬件和軟件獨立于控制器應用程序的不同模塊之間的信息交換接口進行定義。 OSACA通信系統(tǒng)允許在客戶端和服務器應用之間以透明的方式交換信息。 ?參考架構(gòu)：確定控制FU并指定外部接口。這樣做是為了通過內(nèi)部數(shù)據(jù)以良好定義的方式使用和集成外部單元。 FU示例包含人機界面，聯(lián)鎖邏輯控制和軸運動控制。對于每個識別的FU，用于定義使用面向?qū)ο蟮耐ㄐ排c應用模塊接口的數(shù)據(jù)的外部模塊。寫入和讀取數(shù)據(jù)訪問的接口位于面向架構(gòu)的對象中，并且這種訪問可以面向通信的對象進行使用。 ?系統(tǒng)配置：允許通過組合不同的應用程序模塊進行控制器動態(tài)配置。這不僅允許確定給定功能的特定拓撲，而且允許確定分布式進程之間的同步。 圖1描述了OSACA系統(tǒng)的平臺，其中由微計算機產(chǎn)生的配置請求被發(fā)送到系統(tǒng)。重新配置使用FU（功能集成），它基于面向?qū)ο蟮某绦?，類庫，變量和?nèi)部數(shù)據(jù)工作。 OSACA應用協(xié)議使用基于面向?qū)ο笤淼目蛻舳?服務器基礎(chǔ)。所有FU功能都將具有外部訪問，并且它可以由通信平臺進行配置。從客戶的角度來看，可以通過系統(tǒng)通信消息的發(fā)送和接收來訪問服務器。 OMAC架構(gòu)（開放調(diào)制架構(gòu)控制器） OMAC架構(gòu)于1994年12月開始，出版了克萊斯勒，福特和通用汽車公司的“開放，調(diào)制架構(gòu)控制器應用于汽車工業(yè)的要求”。本文檔作為北美汽車行業(yè)控制器API的指南。 OMAC組由開放架構(gòu)系統(tǒng)用戶組成，其目標是能夠一起工作，帶來幾個好處（Yen，1998），例如： ?根據(jù)軟件用戶和機器制造商的經(jīng)驗確定開放式架構(gòu)控制器的位置; ?通過使用API??加速行業(yè)內(nèi)的開放控制使用; ?促進控制器制造商之間的開放控制的發(fā)展; ?為開發(fā)架構(gòu)控制器技術(shù)的開發(fā)，商業(yè)化和使用開發(fā)集體解決方案。 HOAM-CNC架構(gòu)（分層開放式架構(gòu)多處理器 - 數(shù)控） HOAM-CNC架構(gòu) - 用于CNC機床的開放式系統(tǒng)架構(gòu)分層多處理器 - 主要用于機床硬件，具有兩條總線，一條CNC控制總線和另一條總線，優(yōu)點是允許引入新的組件。參與這一研究項目的一些研究中心是： ?密歇根大學/美國安娜堡 - 對開放式架構(gòu)控制器實時研究高性能機床。他們執(zhí)行幾種不同類型的硬件控制與網(wǎng)絡通信的實施，研究機器性能的差異取決于采用的架構(gòu)（Koren等人，1996a;（Koren等人，1996年b）。 ?不列顛哥倫比亞大學/加拿大溫哥華 - 他們使用這種架構(gòu)尋求調(diào)節(jié)自適應控制。使用聲學傳感器插入檢測刀具損壞和振動的模塊，用于控制執(zhí)行。主總線用于執(zhí)行機器控制過程和監(jiān)視任務，并且具有更高性能的次級總線用于與CNC通信（Altintas等人，1996）（Yamazaki，1996）。 圖3示出了使用微型計算機的HOAM-CNC結(jié)構(gòu)。標準主總線ISA處理監(jiān)視器活動、數(shù)據(jù)處理、自適應控制和人機接口（MMI）。 CNC總線處理每個軸的位置和速度控制（Altintas等人，1996），用專用處理器實時地操作控制。 該系統(tǒng)允許在主總線中添加幾個處理模塊并且在次總線中控制軸的交互。 OSEC體系結(jié)構(gòu)（控制器的開放系統(tǒng)環(huán)境） 六家日本公司，東芝機械公司，豐田機床有限公司，山崎馬扎克公司，IBM日本有限公司，三菱電機公司SML公司組成了OSEC（控制器開放系統(tǒng)環(huán)境）組，其目的是開發(fā)數(shù)字控制設(shè)備的開放式架構(gòu)平臺。 該小組的目的是創(chuàng)建一個基于標準個人微機IBM-PC的開放式架構(gòu)，以控制制造設(shè)備，提高其性能并便于其維護。除了控制設(shè)備之外，個人微計算機還可以作為工廠操作的信息庫系統(tǒng)。換句話說，基于這種架構(gòu)的設(shè)備可以是基于計算機CALS（計算機輔助采集和后勤支持）（Yamazaki，1996）的采集和后勤支持系統(tǒng)的要素。 有許多研究中心致力于這種開放式架構(gòu)概念，例如美國海軍與增強型機器控制器項目 - EMC（增強型機器控制器），貿(mào)易部支持提出了五級架構(gòu)： 1 - 工作站規(guī)劃; 2 - 工作站管理; 3 - 計劃解釋; 4 - 軌跡生成/離散輸入和輸出（I / O）; 5 - 伺服控制。 該項目包括熱變形誤差補償和NURBS（非均勻有理B樣條）插值法（Yamazaki，1996）。 美國能源部與TEAM-ICLP（技術(shù)啟用敏捷制造 - 智能閉環(huán)處理）項目集中研究開發(fā)面向開放式架構(gòu)的API。 啟動NGIS（下一代檢測系統(tǒng)II）項目的國家制造科學中心（NCMS）正在尋求開發(fā)傳感器過程檢查界面。 趨勢 公司和研究中心提出的幾個項目尋求開發(fā)控制器，為機器提供增加的新技術(shù)。主要是通過建立世界硬件和軟件模式，使制造商和客戶之間的技術(shù)依賴。 由于CNC的開放體系結(jié)構(gòu)的編程和配置靈活性的增加，產(chǎn)生了面向?qū)ο蟮能浖陀梢粋€或多個控制處理器控制的電氣 - 機械系統(tǒng)組成的模塊化服務。 未來的趨勢是使用自主CNC，管理和處理所有內(nèi)部（機器固有）和外部（與生產(chǎn)計劃相關(guān)）元素。為此，有必要開發(fā)幾個部分： 計劃科：收到產(chǎn)品項目（CAD - 計算機輔助設(shè)計模型）和原材料。規(guī)劃使用可用資源執(zhí)行; 內(nèi)部分析部門：驗證零件加工，存儲在知識庫中獲得的最佳結(jié)果。此后，執(zhí)行分析以操作順序，工具的使用以及控制部分需要的切割條件為根據(jù)，對加工部件進行分類; 控制部分：使用補償和模擬預測實時執(zhí)行真實的CNC控制; 質(zhì)量的診斷和控制部分：從分析部分，最終部分被驗證，并且自主測量過程生成整個測量數(shù)據(jù)。質(zhì)量控制驗證過程行為統(tǒng)計以診斷失敗的原因。 上面提到的部分必須： ?使用知識庫以自動方式維持機器操作的活動; ?使用數(shù)據(jù)庫的信息來驗證和改進資源（新技術(shù)），以提高運營績效; ?使用診斷和質(zhì)量控制自動檢查完成部件，無需人工干預; ?操作完成后，自動分析操作性能。 ?基于模擬實時分析控制模型，并在維持機床精度和安全性的控制中進行校正。 開放式架構(gòu)CNC將具有以下特征（Yamazaki，1996）： 透明：系統(tǒng)架構(gòu)應完全了解機床制造商以及最終用戶; 可移動：控制軟件的任何部分可以傳輸?shù)饺魏芜h程部分或個人微型計算機; 可移植：控制軟件可以實施或現(xiàn)代化; 活力：當更換新的系統(tǒng)組件時，軟件和硬件都應允許機器立即運行，無需額外成本; 可重新配置：控制器功能應可由用戶配置; 進化：必須開發(fā)完整的系統(tǒng)（這意味著智能功能sho 總結(jié) 使用開放式結(jié)構(gòu)CNC被認為是非常重要的，因為它是一種有前景的技術(shù)，其在工業(yè)自動化領(lǐng)域中起著重要的作用，允許設(shè)備的集成，更友好的配置界面，機床通訊和現(xiàn)代化。 電子元件的低成本激勵了新控制器的發(fā)展。 在美國，歐洲和亞洲開發(fā)的開放式架構(gòu)有幾種類型，它們使用標準的IBM-PC計算機進行控制。 OSACA架構(gòu)在軟件領(lǐng)域最為廣泛，OMAC架構(gòu)主要在工業(yè)應用中運行，OSEC架構(gòu)在每個工業(yè)領(lǐng)域的自動化，物流和支持中都起作用。 HOAM-CNC架構(gòu)在新的傳感器和特殊模塊實現(xiàn)方面在硬件領(lǐng)域起作用。 所有這些架構(gòu)都集成了幾個不同制造商的設(shè)備，并以更低的成本獲得控制解決方案，保持相同的性能。 開放式架構(gòu)控制器的一些好處是： ?在控制軟件的設(shè)計中使用C ++編程。 軟件程序可以配置和實現(xiàn)新功能，增加機床性能。 ?采用力傳感器，振動傳感器，聲傳感器等新應用的適應性控制算法開發(fā)的應用可能性 ?特殊伺服控制算法執(zhí)行，提高機床精度。 ?為不同機器使用相同的操作界面，簡化用戶培訓并降低成本。 致謝 作者要感謝巴西的FAPESP - 圣保羅州研究基金會安帕羅 ，部分資助了這項工作的開發(fā)。 參考文獻 Altintas，Y，Newell，N和Ito，M. 1996?！澳K化CNC設(shè)計用于智能加工，第1部分：設(shè)計用于數(shù)控機床的分層運動控制模塊”，ASME的交易 - 制造科學與工程，V.118，十一月，第508-521頁。 Koren，Y.，Pasek，Z.J.，Ulsoy，A.G。和Benchetrit，U.，1996a，“實時開放控制架構(gòu)和系統(tǒng)性能”，;國際生產(chǎn)工程研究學會，一月，V.45。 Koren，Y.，Pasek，Z.J.，Ulsoy A.G.和Wright，P.K.，1996b?！伴_放式架構(gòu)控制器的時序和性能”，ASME動力系統(tǒng)與控制ASME論文集。DSC-58卷。 Miles，P.，1998，“開放架構(gòu)：預測采納波”，機器人世界，第23-29頁 OSACA，1998?！白詣踊到y(tǒng)中的控件的開放系統(tǒng)架構(gòu)，結(jié)果活動者”，瑞士，集 Oshiro,O.T.，1998?！俺軝C床的并聯(lián)控制結(jié)構(gòu)”（葡萄牙），博士論文工程學院deS?oCarlos，圣保羅大學，SP。巴西。 Pritschow，G.，Daniel，CH，Junchans，G。和Sperling，W.，1993?！伴_放系統(tǒng)控制器 - 機床行業(yè)未來的挑戰(zhàn)”同Altintas，Y.，and Munasinghe ，WK，1994?！皺C床分層開放式數(shù)控系統(tǒng)”，國際生產(chǎn)工程科學院，一月，43卷。 Proctor，M.F.和Albus J.S.，1997?！伴_放式架構(gòu)控制器”，電器和電子工程師學會系列，V.34，六月，第60-64頁。 Schofield，S.，1996，“用于高級機床的開放式架構(gòu)控制器”，博士論文，加州大學伯克利分校 同Apud Wright P. Et，1996年，加利福尼亞大學伯克利分校的綜合制造實驗室，“機床的開放式架構(gòu)控制” Wada，R.，1996，“國際制造工程師協(xié)會國際會議論文”。 Concei??o，M.a和Simon，AT，1997，“當前和未來的概念在當前和未來的機器“，（葡萄牙），機械金屬，阿蘭達，五月，第20-43頁。 Wright，P.，Schofield，S.和Wang，F(xiàn).C.，1996?！皺C床開放架構(gòu)控制”，加州大學伯克利分校綜合制造實驗室，11月。 Yamazaki, K., 1996年七月，?國際東京會議, 同Concei??o, M. A., and Simon, A.T., 1997，美國的幾臺開放的CNC控制器設(shè)計，（葡萄牙）機械金屬，編輯。阿蘭達，五月，第20-43頁 Máquinas＆Metais，ed。Yen，J.，1998，“最大的三大超越PC”，制造工程，V.121，六月，第90-92頁。