网络化开放式数控系统相关技术研究

摘要

随着制造企业之间的竞争越来越激烈，数控加工技术及数控系统应运而生，并被广泛应用于机械制造、电气传动、计算机、自动控制、传感检测等各个领域。传统的数控系统体系结构采用的是一种专用的封闭式结构，这种结构的软、硬件模块交互方式不同，互不兼容，不能满足制造业市场的发展，开放式数控系统的产生克服了这一缺点，开放式数控系统具有模块化、可重构、可扩充的软件与硬件系统，可以充分满足市场全球化的发展需求。
　　 随着计算机、通信和网络技术的发展，制造系统也向着柔性化、智能化、网络化方向发展。数控机床作为制造系统的核心装备，实现其网络化远程监控和操作成为制造业未来发展的重要趋势。数控设备在实现高速、高精、高效的加工自动化的过程中，对加工过程实时可控的要求越来越高，因此研究网络化开放式数控系统的相关技术成为数控研究的一个重要方向。
　　 针对以上现状，本文首先对开放式数控系统中的网络远程监控技术进行了探索。将以太网技术应用于开放式数控系统的网络远程监控系统中，完成了基于服务器/客户机的网络监控平台的整体结构设计，构建了星型网络连接的拓扑结构图，采用TCP/IP协议作为通讯协议。采用基于MFC的Windows Socket网络编程技术和VC++6.0语言，设计了开放式数控系统的网络远程监控系统服务器端和客户机端的应用程序。
　　 本文对开放式数控系统中的运动控制器的硬件进行了设计。首先完成了运动控制器硬件电路的设计，对各个模块的电路设计做了详细的介绍，主要包括：DSP与上位机的通信电路、电源电路、JTAG接口电路和功率驱动模块电路。最后对硬件设计中出现的电磁干扰问题进行了介绍并提出了解决方法。
　　 其次，本文对运动控制器的软件进行了设计。文章介绍了交流伺服电机的控制方法及原理，建立了永磁同步电机的数学模型，采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术来控制伺服电机，完成了对电机的速度控制。本文介绍了系统的软件模块化设计及软件流程设计，模块化设计主要包括通信模块、伺服控制模块和运动监控模块；完成了DSP的程序设计，包括初始化程序设计和中断程序设计，初始化程序设计主要完成各个模块的初始化，中断程序设计主要介绍了定时器下溢中断程序设计。
　　 最后，作者在CCS2.0系统环境下完成硬件测试工作，经过调试实验，将基于DSP的伺服控制系统应用在永磁交流伺服电机驱动上，可以准确地控制电机的速度和位置，并且具有可靠性高、开发周期短、控制精度高的优点。通过采用具有极高运算速度的DSP芯片使整个控制系统具有更高的效率、更高的安全性，完全能满足数控加工的实时性要求。