帶故障檢測的一體式數控磨床控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種帶故障檢測的一體式數控磨床控制系統。本發明包括控制模塊、人機交互模塊、故障檢測模塊和通信模塊?？刂颇K用于控制磨床動作；通信模塊用于實現與上位機的通信；人機交互模塊用于顯示系統信息和接收用戶的控制信息，實現系統的在線組態功能；故障檢測模塊對重要輸出端口采樣，并對采樣結果進行分析，根據分析結果產生相應的后繼動作。本發明具有故障檢測功能，使得本系統具有非常高的可靠性。
【專利說明】帶故障檢測的一體式數控磨床控制系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及數控磨床控制系統，具體來說是一種帶故障檢測功能并集成人機界面的磨床控制系統。
【背景技術】
[0002]磨削加工屬精加工工序，主要用于淬硬材料或難加工材料的高精度機械加工。磨床的加工精度一方面受到支承導軌、砂輪以及砂輪轉軸的機械特性的影響，另一方面受到磨床的數控進給系統的控制特性的影響。
[0003]進給系統主要完成砂輪相對于工件位置的自動控制和機床進給速度控制，進給系統決定了數控機床可以達到的最大進給加速度、最大進給速度、定位精度、最小分辨率等，己成為影響數控機床各項性能的主要因素。要想獲得高性能的進給控制，則需要高精度的控制器。
[0004]同時磨床是一種高速高精度的設備，當系統開啟后，磨床的砂輪部件高速旋轉，若在此時有某些重要輸出控制信號出現異常，則會帶來災難性后果。
[0005]目前數控磨床控制系統主要有兩種類型，一種是以通用PLC作為核心構建控制系統，以此種方式搭建的控制系統穩定性較好、開發方便，但是控制精度不高，價格昂貴?’另一種方法是是采用嵌入式專用控制器作為系統核心，此種方式搭建的系統可擴展性好、控制精度高、成本低廉。
[0006]但上述兩種控制系統都不具備故障檢測功能，無法迅速檢測到輸出控制端口的異常，同時上述兩種類型的控制系統的人機交互模塊都是獨立于控制器的，這會造成額外的開銷，增加了控制系統的成本。
[0007]發明目的`
針對目前數控磨床控制精度低，速度慢，制造成本高，缺少故障檢測等一系列缺點，提出了帶故障檢測的一體式數控磨床控制系統。本發明充分利用當前嵌入式領域的先進技術，以兩片CPU作為控制系統核心，來解決當前數控磨床設備在研發過程中遇到的一系列問題。本發明將人機交互模塊集成到控制板上，支持在線組態，可以實現重要輸出端的異常檢測，同時支持伺服電機的多軸控制。
[0008]本發明的技術方案如下:
帶故障檢測的一體式數控磨床控制系統包括控制模塊、故障檢測模塊、通信模塊、人機交互模塊。
[0009]其中控制模塊作為整個控制系統的核心，運行磨床控制算法，實現多軸伺服控制。
[0010]人機交互模塊用于顯示交互信息，該模塊支持觸摸屏操作來完成控制模塊的配置，可以實時顯示系統的狀態，包括故障信號，報警提示等。
[0011]故障檢測模塊用于系統故障檢測，該模塊通過對重要輸出端口進行實時信號采樣，并將采樣結果反饋給人機交互控制核，可以提高系統的安全性。
[0012]通訊模塊是控制器與外界的通信通路，實現信號的中介，該模塊一邊連著控制系統的人機交互模塊，另一邊通過RS232總線與上位機交互接口連接用于配置文件的下載。
[0013]本發明的有益效果在于:
1、本控制系統具有故障檢測功能，使得本系統具有非常高的可靠性。
[0014]2、本控制器支持在線組態技術，開發人員可以根據具體需要在線組態系統控制程序，本技術的運用可以縮減產品開發周期。
[0015]3、一體式控制系統可以在滿足性能需求的情況下，減小設備制造的成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1控制系統組成框圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結合附圖對本發明作進一步說明。
[0018]如圖1所示，本發明包括運動控制模塊、通信模塊、人機交互模塊和故障檢測模塊。其中運動控制模塊用于控制機器動作；通信模塊用于實現與上位機的通信；人機交互模塊用于顯示系統信息和接收用戶的控制信息，實現系統的在線組態功能；故障檢測模塊對重要輸出端口采樣，并對采樣結果進行分析，根據分析結果產生相應的后繼動作。
[0019]其中人機交互模塊和故障檢測模塊，采用同一塊處理器進行控制，稱之為人機交互處理器；而運動控制模塊則采用單獨的處理器芯片控制，這樣可以大大提高控制精度，稱該處理器為運動控制處理器。兩片處理器間通過SPI總線進行通信，如圖1所示。
[0020]運動控制模塊，是整個控制系統的核心，用于實現運動控制。該模塊采用高性能SOC芯片作為處理器，這樣可以實現高可靠性、高精度的控制，同時可以降低器件成本。運動控制處理器運行系統運動控制程序，并通過IO 口來控制數控磨床的機械部件，實現相應的動作。
[0021]通信模塊，該通訊模塊是控制器與外界的通信通路，實現信號的中介，該模塊一邊連著控制系統的人機交互模塊，另一邊通過RS232總線與上位機交互接口連接用于配置文件的下載。
[0022]故障檢測模塊，該模塊是本系統的創新點，控制器要通過輸出IO 口輸出控制信號，這些控制信號再經過繼電器、放大器等信號中繼部件，最后作用到具體的機械單元上，傳統的控制系統僅僅可以檢測到繼電器的前端既輸出IO 口的控制信號，而對于經過信號中繼部件以后的控制信號不做檢測，如果這些信號中繼部件出現了故障，就會影響控制信號的輸出，數控軸承磨床在運轉時旋轉砂輪具有較高的旋轉線速度，控制信號的微小錯誤都會導致很大的故障，嚴重時甚至會導致機械部件的損傷，因此對中繼部件后端的輸出控制信號的檢測是十分必要的，本模塊就是專用于輸出信號中繼部件后端的控制信號的故障檢測。
[0023]故障檢測模塊具體實施方法如下:首先，該模塊通過采樣的方式獲取重要輸出端口的信號電平，由于數控磨床系統中輸出信號多，且經過信號中繼部件以后的控制信號的電壓各不相同，就本系統而言，輸出電壓大多數是低電壓0V、高電壓+24V，還有少量的+IlOV高電壓，以及少量的+220V高電壓，因此要先將少量的輸出高電壓非+24V的輸出信號轉化成+24V，然后再對轉化后的信號進行采樣；第二步，將采樣結果反饋給人機交互處理器，并將反饋結果與控制器的實際輸出信號進行比對，進行故障分析，然后根據分析結果進行相應的判斷；最后，根據人機交互處理器的判斷結果進行相應的處理，如果系統存在異常，人機交互處理器會發出報警信號，在觸摸屏上顯示出現故障的信號名稱和相應的IO 口號，并會通過SPI總線將異常信息傳遞給運動控制處理器，然后運動控制處理器會發出緊急停止命令，使磨床停止動作。
[0024]人機交互模塊，該模塊一方面通過觸摸屏顯示系統運行參數信息，本系統采用10寸TFT彩屏顯示系統運行參數信息，并支持觸控操作，編程人員可以通過對觸摸屏的操作來配置控制器組態信息。另一方面，人機交互模塊可以通過通信模塊來實現與上位機間的通信，配合上位機軟件可以實現在線監控功能。
【權利要求】
1.帶故障檢測的一體式數控磨床控制系統，包括控制模塊、人機交互模塊、故障檢測模塊和通信模塊，其特征在于: 控制模塊用于控制磨床動作； 通信模塊用于實現與上位機的通信； 人機交互模塊用于顯示系統信息和接收用戶的控制信息，實現系統的在線組態功能； 故障檢測模塊對重要輸出端口采樣，并對采樣結果進行分析，根據分析結果產生相應的后繼動作，所述的重要輸出端口包括中繼部件的控制信號輸出端口。
2.根據權利要求1所述的一體式數控磨床控制系統，其特征在于:控制模塊有兩個CPU, 一個CPU主要負責實現磨床控制，另一個CPU主要負責實現人機交互和故障檢測，這兩個CPU之間通過SPI總線進行通信。
3.根據權利要求1所述的一體式數控磨床控制系統，其特征在于:所述的通信模塊一邊連著人機交互模塊，另一邊通過RS232總線與上位機交互接口連接，用于配置文件的下載。
4.根據權利要求1所述的一體式數控磨床控制系統，其特征在于:所述的人機交互模塊一方面通過觸摸屏顯示系統運行參數信息，另一方面，通過通信模塊來實現與上位機間的通信，配合上位機軟件實現在線監控功能。
【文檔編號】B24B51/00GK103692350SQ201310584047
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年11月20日 優先權日:2013年11月20日
【發明者】孟旭炯, 鄔惠豐, 孫樹見 申請人:杭州電子科技大學