高端华体会体育·（中国）股份有限公司官网钻铣床控制系统

一、高端华体会体育·（中国）股份有限公司官网钻铣床控制系统架构

1.1 系统结构说明

华体会体育·（中国）股份有限公司官网控制系统华体会体育·（中国）股份有限公司官网控制采用上位机+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华体会体育·（中国）股份有限公司官网系统的需要。

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。 这是一种利用华体会体育·（中国）股份有限公司官网板卡通道发送脉冲，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，国内华体会体育·（中国）股份有限公司官网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

目前部分华体会体育·（中国）股份有限公司官网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华体会体育·（中国）股份有限公司官网钻铣领域，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，华体会体育·（中国）股份有限公司官网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，对华体会体育·（中国）股份有限公司官网产品市场进行细分，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【对华体会体育·（中国）股份有限公司官网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，我国造就了一批华体会体育·（中国）股份有限公司官网数控制造企业，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，选择了华体会体育·（中国）股份有限公司官网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，全面赶超国外同类华体会体育·（中国）股份有限公司官网产品。 同时，我们希望能找出一套打破僵局的模式，供同行参考。