高端开云·kaiyun官方网站钻铣床控制系统

一、高端开云·kaiyun官方网站钻铣床控制系统架构

1.1 系统结构说明

开云·kaiyun官方网站控制系统开云·kaiyun官方网站控制采用上位机+下位机+网络I/O接口模块的结构。 由于是通过千兆以太网与下位机进行数据通讯，因此对上位机没有特殊要求。 可根据工况选择工控机、普通PC甚至笔记本电脑。 下位机实现实时运动控制、I/O管理和故障监控。 专用运动控制器通过轴接口连接驱动器，输出模拟信号，采集编码器/光栅尺反馈信号，实现闭环伺服控制、限位管理、原点、驱动报警、复位、刹车报警等信号。 这部分关系到最终的速度精度等关键指标。 可选择国内固高公司的独立控制器或美国DELTA TAU著名的PMAC运动控制卡。 现场网络I/O扩展模块实现断刀检测、刀具检测和辅助输入输出功能。

1.2 软件功能模块

数控程序也相应地分为上下两部分。 上位程序实现参数设置、文件输入与转换、图形图像处理、现场监控等人机交互功能。 加工文件解释完成，形成加工指令和刀具指令数据后，打开主加工线程，将数据发送给下层程序。 下层运动控制主程序完成井道控制和I/O管理等实时性要求高的功能； 检测线程运行在CPU空闲期，对系统状态进行监测和诊断，并在操作界面上即时显示系统状态。

以上两部分的内容主要描述了系统搭建的常规软硬件技术路线，远远不够。 要想真正打造和开发出高档次的控制系统，并希望能与国外顶级控制器相抗衡，还需要在控制和客户端人机界面上下功夫。

二、控制关键技术

目前国产系统最终的整体效果不如进口系统，这在很大程度上是由以下因素造成的。 要克服这些缺点，就需要选择功能强大的运动控制卡。 DELTA TAU的PMAC卡无疑是最好的选择之一。 它提供的关键功能恰好满足构建高端开云·kaiyun官方网站系统的需要。

2.1 控制方式的选择

国内传统设备厂商在低端设备上均采用位置控制方式。 这是一种利用开云·kaiyun官方网站板卡通道发送脉冲，精确控制工作在位置模式下的步进电机或伺服电机的一种方式。 它的响应速度和闭环特性都很差，甚至不是真正的闭环，以至于无法发挥机械系统的潜力。 后来随着速度控制方式的逐渐普及，电机控制的动态特性有了很大的改善，也实现了真正的闭环控制。 机床的速度和精度都达到了较高的水平。 这两种电机控制方式是目前国内设备厂商的主流选择。

电机的力矩和直接PWM控制被欧美厂商广泛采用，国内应用基本空白。 这两种控制方式完全摒弃了位置模式响应低的特点，克服了速度模式在调试PID参数时由于步长长带来的不确定性。 由于转矩和直接PWM控制方式在控制模型上更加简单直接，速度环和电流环转移到控制卡侧，响应性更高，同时控制器的响应速度更快。 反馈环节也得到了一定程度的提升，所以两者的合力会产生更高的性能。 遗憾的是，到目前为止，国产运动控制器还不能支持以上两种先进的控制方式，一定程度上限制了国产系统的发展。

2.2 系统辨识技术

目前，国内开云·kaiyun官方网站制造商对伺服系统与机械系统之间的联系认识不足，因此即使选择了优良的元器件来构建机械系统，仍然无法获得理想的控制效果。 即由于对系统辨识的认识非常模糊，无法最有效地协调控制器与被控对象之间的关系。 如果要开发高端控制器，应尽可能提高伺服系统的跟踪速度。 带宽越大，速度越好。 伺服系统的带宽主要受控制对象和执行器惯性的限制。 惯性越大，带宽越窄。 先进的控制器具有自动诊断系统带宽的能力，然后可以选择性地支持低通滤波器或陷波滤波器，以避开机床的固有频率（共振点）。 在一定程度上可以最大限度地挖掘机床的潜力，避免高速运动激发的机床振动对机床造成的损坏。

2.3 干扰抑制与预防

电磁干扰对机床最终加工精度的影响也是致命的。 除了在电路布局、屏蔽、接地等方面采取积极措施抑制干扰外，干扰后的有效预防也很重要。 但是目前大多数控制器都没有这个功能。 高端运动控制器，如PMAC，通过硬件监测编码器或光栅尺反馈的A、B相上升沿相位差是否正常，来判断进入控制器比较环节的信号是否完好。 如发现异常，立即报警，提示操作者立即排除干扰，避免机床跑偏。

2.4 控制器独立运行

过去，大多数运动控制卡都是插在主机的ISA或PCI插槽中。 单一固定金手指的接口形式不适合长期在恶劣的工作环境下工作，尤其是机器剧烈震动时，会出现通讯中断，影响系统的稳定性。 因此，需要控制器的独立操作。 采用网络通信的方法有效地解决了这个问题。 同时避免了控制系统与PC共地的问题，使干扰信号不会跑到电脑上影响主控程序的正常运行，增强了稳定性。

控制器的独立运行也使得实现机床的网络化控制成为可能，无人化工厂的概念不再遥不可及。 一旦网络连接并获得总控制权，网段内的任何计算机都可以控制和监视机器。 同样，一台计算机也可以控制多台机床，具有很大的灵活性。

三、客户端图形控制界面优化

目前部分开云·kaiyun官方网站厂家负责人有一个误区，认为只要能实现功能，其他要求都可以打折扣。 这种思想直接导致了中国至今未能研制出高水平控制系统的局面。 这种整体落后不仅是在开云·kaiyun官方网站钻铣领域，在金属加工机床领域，乃至整个工控领域都是如此。 为了改善这种状况，笔者认为以下几个方面至关重要。

3.1 软件工程思想的应用

目前，开云·kaiyun官方网站行业控制产品在软件工程思想的实施和应用上受限，严重落后于管理、金融、游戏和通信行业。 一方面是因为工控领域的程序员大多是机械或工艺专业的学生，对编程语言和计算机技术的理解比较粗糙，所编写的软件大多停留在比较初级的水平； 另一方面，掌握高级编程技术的工程师往往对硬件和控制的概念模糊，无法用完美的编程语言实现工艺流程和人机交互界面。 解决这一矛盾的根本办法是在产业发展过程中贯彻软件工程思想，借鉴其他领域开发大中型软件系统的模式，组建合理的团队。 规划者是行业专家，实施者是计算机编程专家。 只有这样，才能做出高质量的产品，与国外系统竞争，并保证软件具有良好的可扩展性和可维护性。

3.2 数据库技术的应用

目前，国内数控系统软件在保存数据、机床配置和大量工况信息时，大多采用文本文件或INF文件的格式，数据量大时无法对其内容进行有效的检索和管理。 为了实现更复杂的界面配置，动态添加用户，切换语言，对刀断信息和操作信息进行分类分时管理，单纯的文本访问已经不能满足要求，那么如何使用小型数据库来组织管理 数据成为话题。 作者采用ACCESS数据库，通过DAO350的接口对数据库进行管理和控制，实现对大量数据的动态管理，彻底解决了二进制或ASCII文件数据管理带来的不便。 因此，能否有效利用这些先进的计算机技术，也是判断一个系统优劣的依据之一。

3.3 跨硬件平台架构

目前，我国机床设备生产企业众多，大致分为四川体系和沿海体系。 川系起步早，但技术自主发展，比较落后。 沿海第一系列直接空降、仿制国外技术，与国际比较同步。 但是，无论在哪里，设备制造商都会根据客户群体的不同需求，对开云·kaiyun官方网站产品市场进行细分，有的面向低端市场，有的面向高端市场。 由于对机器速度和精度的要求不同，运动控制元件的选择也不同。 为了满足各厂商的不同需求，需要将控制系统设计成跨主流硬件平台的通用系统。

3.4 美观的界面和复杂智能功能的实现

很多开发者【对开云·kaiyun官方网站行业的美观和布局没有给予足够的重视，但是在大型行业展会上将自研系统界面与SIEB&MEYER的CNC84系统进行对比时，发现根本不是一个档次的 . 另外，国外的系统普遍智能化程度高，比如刀具断裂信息和操作信息的记录管理，8个文件象限和8个机械象限任意组合64例的统筹考虑，刀具直径检测是和光 点位补偿功能，多种机械手对刀方式等。 由于种种原因，国内的系统开发商无法实现如此完备的功能，因此永远无法与国外系统竞争。 究其原因，还是由于规划不完善，缺乏开发大型软件的经验。 界面的美观和各种功能的智能化也是开发者实力的重要体现。

四、结论

通过近20年的不断技术突破和市场培育，我国造就了一批开云·kaiyun官方网站数控制造企业，打开了中低端市场的局面，形成了一定的市场规模； 然而，在技术密集的中高端控制器市场，国产控制器的规模始终没有取得很好的突破，利润空间被挤压，研发体系无法支撑可持续的技术进步。 为了突破这种局面，笔者在金属加工领域避开了FANUC、SIEMENS等国际巨头，选择了开云·kaiyun官方网站钻铣这个稍微偏远的领域，深入调研了控制器在该领域的技术和市场现状 ，并给出了打造高端控制器的技术路线。 之后，我们从核心控制技术、人机界面等方面进行有针对性的技术突破，从软硬件层面进行精心部署，有效开发了一套在各项技术指标乃至外观控制上均达到高标准、不 既做到快速、准确、稳定，又美观、方便，全面赶超国外同类开云·kaiyun官方网站产品。 同时，我们希望能找出一套打破僵局的模式，供同行参考。