开放式数控机床运动控制器的实现

一、数控机床运动控制器的特点

随着自动化技术的进一步发展，运动控制器的运用已越来越

多地应用于其他工业自动化设备控制，如，电子机械、木工机械、纺织机械、印刷机械等诸多行业。主要数控技术的发展趋势就是采用“PC＋运动控制器”的开放式数控系统，不但具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制精确、通用性好等特点，而且还从很大程度上提高了现有加工制造的精度、柔性和应付市场需求的能力。下面将根据系统的性能要求和实际运行环境，提出了基于PIC单

片机的运动控制器的设计方案及结构组成，确定了主要芯片的选

型和各个模块功能。

与传统的数控装置相比，运动控制器有以下特点：

（1）技术更新，功能更加强大，可以实现多种运动轨迹的控制，是传统数控装置的换代产品。

（2）结构形式模块化，可以方便地相互组合，建立适用于不同场合、不同功能需求的控制系统。

（3）操作简单，在PC机上经简单编程即可实现运动控制，而不一定需要专门的数控软件。

二、PIC运动控制器详细设计

数控机床的控制主要是由“PC机+运动控制器”来实现的，PC机主要完成与数字运算和管理有关的功能，如，零件程序的编辑、插补运算、译码、伺服位置控制等；PIC运动控制器主要完成与逻辑运算有关的一些动作，通过辅助控制装置完成机床相应的开关动

作，如，刀具的更换、工件的装夹、冷却液的开关等。除此之外，它还接受机床操作面板的指令，一方面直接控制机床的动作，另一方面将一部分信息送往数控装置用于加工过程的控制。PIC运动控制器的组成结构，主要包括CPU、存储器、输入/输出接口、电源部件、RS232/485通讯模块和D/A接口等。

1.输入/输出接口电路

数控系统运行中，需要接收来自机床数控面板上的开关信号、按钮信号、机床的各种限位开关信号，同时也需要把数控机床的某些运行状态显示在数控面板的指示灯上，并把控制机床的各种信

号送至强电柜去控制执行机构的动作，这些工作都需要I/O口来

完成，因此I/O接口在数控机床系统中占据着很重要的地位。I/O

接口是数控系统和机床、操作面板之间信号交换的转换接口，是数控装置与外界进行信号交换的必由之路。不同的输入/输出设备与数控装置相连接，采用与其相应的I/O接口电路或接口芯片，接口芯片一般分为专用接口芯片和通用接口芯片，前者专门用于特殊的输入/输出设备的接口，后者适用于多种设备的接口。

在开关量输入输出中，应注意以下几个问题：

（1）在开关量输入电路中常使用行程开关、无处典型感应开关或霍尔开关等，加之数控装置的输入电路有各种形式，所以要注意开关量信号检测元件与数控系统接口电路的匹配。

（2）在开关量输出电路中，当被控对象是电磁阀、电磁离合器等交流负载，或虽是直流负载，但工作电压或电流超过输出信号的最大允许值时，应首先驱动24　V中间继电器，然后用其触点控制强电线路中的功率接触器或直流驱动负载。

（3）为提高整个系统的抗干扰能力，弱电信号与强电驱动信号在走线槽中要尽量分别走线，无触点型在交流接触器线圈两端要

就近并联RC灭弧器。

2.电源部件

PIC中央处理单元需要稳定的5　V直流电源；在开关量输出电路中要使用到24　V的中央继电器；在与电脑的通讯接口中需要±12　V电压。因此，数控系统需要5　V、±12　V和24　V的直流电源。

3.通讯接口

PIC运动控制器带有标准串口通信接口，能够方便的与编程

器及微型计算机相连，进行点对点通信，实现零件程序、参数的传送。在串行通信协议中，广泛应用的标准是RS-232C标准，RS-232C标准规定使用25根插针的标准连接器，任何插针信号都对应着一种状态，该状态为下面任何一对可能状态中的一种SPACE/MARK，ON/OFF。RS-232C标准采用的是负逻辑，ON状态对应逻辑“0”，OFF状态对应逻辑“1”。因此驱动器或信源要发送逻辑“0”，必须提供5～15　V电压；发送逻辑“1”，必须提供-15～-5　V电压。而接收器端逻辑“0”的电压范围为3～15　V，逻辑“1”的电压范围为-15～-3　V。可见，信号在从信号源到终点的传输过程中允许有2　V的电压降

（即2　V噪声容限）。

以上的开放式数控机床运动控制器具有如下特征：

（1）能方便地与机床等被控设备连接。

（2）一个运动控制器从硬件上可以实现一到多个坐标轴的位

置、速度和轨迹伺服控制，从软件上具有完善的轨迹插补、运动规划和伺服控制功能。

（3）运动控制器可以迅速、便捷地建立高层应用程序与机床等设备的控制、测试及数据交换，开发使用简单，从而实现开放性、互换性、可移植性和扩展性的特点。

（作者单位　江苏省张家港职业教育中心校）