可入群數控系統的單片機技術實現方案

摘要:該文定義了可入群數控系統，并引出該系統詳細的技術實現方案。重點介紹了該系統通信功能的實現，即相關硬件、通信協議、通信程序的設計，給出了通信程序流程圖。

關鍵詞:可入群數控系統;協議;通信;監控

中圖分類號:TP338 文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)35-10094-02

The Technical Plan of Numerical-control Systems Able to Join A Group Based on Single-chip Microcomputer

FENG Jie-yi1， SONG Wen2

(1.Hunan Normal University， Changsha 410081， China; 2.Guangzhou University， Guangzhou 510006， China)

Abstract: The paper defines a numerical-control system able to join a group， elicits the technical plan of realizing the system.Especially，the communication function of the system is introduced ，that is the design of the relative hardware and the communication protocol and communication software，the flow chart of cummnication program is given.

Key words: numerical-control system able to join a group; ptotocol; communica-tion; monitor

隨著勞動生產率的提高，現代工業要求對自動設備實現集群監控。這樣做的好處一是集群監控可以讓一個工人監控一個“群”，大大節約人力資源;二是用“群”的概念極易構建柔性生產線;三是“群”與互聯網連接還可以實現遠程監控。圖1是數控系統集群監控的總體框圖。本文重點討論如何構造群中的數控系統。

“群”中的數控系統應該能“上網”，但是一般數控系統的CPU忙于在線插補運算，是沒有時間“上網”的，參考文獻[1]提出了解決這一矛盾的方法。“群”應該具備哪些功能，功能在上位機(集群主控機)和下位機(數控系統)中如何分配，參考文獻[2]討論了這一問題。

依文獻[2]確定圖1中的下位機(數控系統)基本功能有三:

1)通信功能:接收來自上位機的“自定義指令和機加工數據流[1]”、接收上位機操作命令并執行之、應上位機要求上傳即時信息等。

2)控制機床進行機加工:依自定義指令和機加工數據流進行零件加工。

3)輔助功能:手動功能、回零功能、對刀功能等。

綜上所述，本文給出可入群數控系統定義。

定義:處于圖1中，并依參考文獻[1-2]具有功能的數控系統稱為可入群數控系統。

1 可入群兩坐標數控系統硬件設計

數控系統的控制部分和驅動部分構成。驅動部分與“集群”概念無任何關系，可以采用已有技術(步進電機驅動系統或者伺服系統)。控制部分采用性價比較高的單片機實現:

采用一片8031單片機，程序存儲器ROM容量和數據存儲器RAM容量都選用32KB。ROM容量的選取基于筆者的開發經驗。RAM容量的選取依據是因為數據流驅動，RAM大則能存放更多數據流信息，加工較大的工件。32KB的RAM存放的插補數據流，其驅動軌跡近1300mm。滿足絕大多數情況下的加工要求。

輸入接口和輸出接口的和一般數控系統相同。

為實現入群概念，為串行口新增了半雙工通信接口電路。它包含電平轉換，以RS-232電平標準集群，增加了抗干擾能力。

2 可入群兩坐標數控系統軟件設計

本系統采用前后臺程序結構。除“零件加工”需驅動刀架時，通信程序作為后臺程序外，其他工作方式下通信程序都是前臺程序。筆者用串行口中斷服務程序充當通信程序、定時器0中斷服務程序充當“零件加工”中驅動刀架的程序。兩程序的前后臺關系的改變，由CPU對中斷優先級的控制來實現。

2.1 軟件總體介紹

主程序體現了程序總體結構。圖2給出主程序流程圖。

由圖2可見有零件加工、手動、回零、對刀等四個功能程序段。另外還有三段中斷服務程序:控制加工速度的定時器0中斷服務程序;實現暫停功能的外部中斷0中斷服務程序EX0;實現入群的通信程序——串行口中斷服務程序。

與傳統數控系統相比，“零件加工”程序分支有一定改變(大大簡化了)，通信程序屬于創新開發，其他程序段可以復用原來的程序。因此，本文只介紹通信程序。

2.2 通信程序

串行口中斷服務程序即通信程序。它基于通信協議編制。

2.3.1 通信協議

下位機(單片機)的串行口采用方式2與上位機通信，通信數據為9位。第9位的意思是:1表示該字節為地址，0表示該字節為數據。

下位機地址:1～254。定義0為廣播地址。

1)廣播協議

①上位機輸出廣播地址，隨即輸出數據包。

②下位機收到上位機的數據包后，準備應答信息，處理數據包，復位自己的串行口。

2)點點協議

①上位機呼叫下位機，若下位機回本機號，則上位機隨即輸出數據包，否則繼續呼叫;

②下位機收到上位機的數據包后，上傳應答信息;處理數據包;復位自己的串行口。

其中“處理數據包”的意義是:若數據包為數據包1，則將其數據場存入RAM;

若數據包為數據包2，則執行數據包2的命令。

3)上位機下傳的數據包格式:

①數據包1的格式:

起始標志場+數據場+結束標志場+校驗場

起始標志場:1個特殊字節，7EH

數據場:若干個字節。若數據場中有與特征字符7EH相同者，在此數據后再插入一7EH。

結束標志場:2個字節7EH，F0H。校驗場:一字節，數據場數據(不含插入的7EH)的累加和(累加時忽略產生的進位)。

②數據包2的格式:命令場+校驗場

命令場與校驗場為同一單字節數據，即上位機的命令。表1給出命令的定義和下位機接收應答的定義。

4)下位機上傳的數據包規定為8個字節，最后一個字節為前7個字節累加和(用于校驗)。

2.3.2 串行口中斷服務程序(通信程序)

圖3和圖4為通信程序流程圖。

3 結束語

本文是一個應用系統開發的技術方案。在筆者原先開發的產品—車床數控系統的基礎上，技術實現了文獻[1]、[2]的內容。實現的方法簡單:原來的很多軟件可以復用，只是“零件加工”分支程序有所改動，并新增加通信程序。

較之一般的數控系統，可入群數控系統簡化了顯示，取消了鍵盤，降低了系統成本，必要的功能并沒有減少，且增加了入群功能。此功能使它便于集群。而集群的意義不僅在于可降低人力資源的使用，若圖1的某些下位機換以機械手和傳送帶等，則可構建柔性生產線。群還可通過互聯網實現遠程監控。由此可見，強化入群功能的可入群數控系統的應用前景是十分廣闊的。

參考文獻:

[1] 馮介一，宋文.嵌入式數控系統研發[J].新技術新工藝，2007(3):45-46.

[2] 馮介一，宋文.關于數控系統群控的幾點討論[J].科學時代，2008(3).