基于PC104工控机的切割机数控系统研制

论文摘要

数控切割机主要用于金属板材下料加工,在工业现场有广泛的应用。切割机数控系统是该设备的核心控制部件,用于对切割机进行运动控制和切割工艺控制,系统由计算机、人机界面、运动控制器、伺服驱动、I/O控制电路等部分组成。本文介绍了一种基于PC104工控计算机和PCL6025运动控制芯片的火焰/等离子切割机数控系统研制方法,包括系统的硬件、软件设计方法,成功研制了符合工业现场技术要求的切割机数控系统。论文首先对切割机数控系统的设计方案进行了的阐述,对比了各种方案,最终确定了基于PC104工控计算机和PCL6025运动控制器硬件平台、基于DJGPP的软件开发平台,在此过程中对各种方案的经济性、开发难度、稳定性及可靠性、现场适应性等方面进行了分析。数控系统的研制分为硬件设计、软件设计和系统测试三部分：采用PC104工业控制计算机,其他硬件通过PC104总线与计算机连接,阐述了PC104的接口信号定义和接口电路设计方法、运动控制器与伺服驱动接口电路设计方法、开关量I/O电路设计和系统电源设计方法。系统软件设计部分,首先描述了DJGPP开发平台的特点及应用情况,然后阐述了运动控制程序和数控语言处理程序的开发,包括PCL6025驱动程序、数控语言检查、加工程序文件处理、加工文件解释执行程序和自动加工功能的实现方法。论文分析了数控切割机在使用中所面临的干扰和环境问题,有针对性地进行了可靠性和稳定性设计,重点介绍了抑制各种干扰的方法和系统温升的控制方法。为满足工业现场的需要,对样机进行温度、振动、电磁浪涌雷击等各项测试,论文对系统的测试方法和具体实施方法进行了阐述,并给出了测试数据和测试情况分析,提出了进一步改进的方向。本文采用了理论分析、试验测试和现场测试的研究方法,最终以测试数据和样机在工业现场长时间可靠运行证明本文所采用的方法正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及背景
• 1.2 数控切割机技术的发展现状
• 1.3 项目分析
• 第2章 数控系统方案设计
• 2.1 控制功能分析
• 2.2 硬件平台选择
• 2.2.1 嵌入式控制计算机选择
• 2.2.2 运动控制平台选择
• 2.2.3 PCL6025性能特点
• 2.2.4 人机界面选择
• 2.4 操作系统和开发语言选择
• 本章小结
• 第3章 系统硬件设计
• 3.1 系统硬件结构概述
• 3.2 PC104总线接口设计
• 3.2.1 PC104接口介绍,信号功能及使用方法分析
• 3.2.2 地址译码电路设计
• 3.3 运动控制电路设计
• 3.3.1 PCL6025与PC104接口设计
• 3.3.2 PCL6025伺服接口设计
• 3.4 开关量I/O电路设计
• 3.4.1 开关量输入电路设计
• 3.4.2 开关量输出电路设计
• 3.4.3 开关量I/O电路与PC104接口电路
• 3.5 电源电路设计
• 3.6 电路板卡布局
• 本章小结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 控制软件构架
• 4.2 PCL6025驱动程序
• 4.3 数控语言语法检查
• 4.3.1 语法检程序结构
• 4.3.2 语法库
• 4.4 数控语言处理方法
• 4.4.1 语句标准结构生成
• 4.4.2 双向链表生成
• 4.5 自动加工程序的实现
• 4.5.1 自动执行程序构架
• 4.5.2 多重循环的实现
• 4.5.3 多重调用的实现
• 4.6 回退加工方法及实现
• 4.6.1 回退加工的概念
• 4.6.2 任意路径回退加工的实现方法
• 4.7 火焰半径补偿方法及实现
• 4.7.1 火焰半径补偿的概念
• 4.7.2 火焰半径补偿的实现方法
• 4.7.3 补偿计算中的数值处理问题
• 本章小结
• 第5章 系统可靠性设计
• 5.1 切割机数控系统抗设计
• 5.1.1 来自电源的干扰及抑制措施
• 5.1.2 外部电磁场干扰及抑制
• 5.1.3 机箱内部各部件间的相互干扰及抑制
• 5.1.4 PCB设计的抗干扰措施
• 5.2 系统防护设计
• 5.3 系统发热分析及散热处理
• 本章小结
• 第6章 系统测试
• 6.1 可靠性测试
• 6.1.1 温度试验
• 6.1.2 振动试验
• 6.1.3 电磁兼容测试
• 6.2 现场测试
• 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果