机床数控技术：第4章 计算机数字控制系统

多微处理器结构的CNC装置中有两个或两个以 上的微处理器，各微处理器之间采用紧耦合，资 源共享，有集中的操作系统。
多微处理器结构的CNC装置多为模块化结构， 通常采用共享总线和共享存储器两种典型结构实 现模块间的互联与通信。
图4.5 多微处理器CNC的组成框图
4.2.4 多微处理器数控装置的硬件结构
4.2.3 单微处理器数控装置的硬件结构
位置控制部分 位置控制部分包括位置控制单元和速度控制单
元。位置控制单元接收经插补运算得到的每一个坐 标轴在单位时间间隔内的位移量，控制伺服电动机 工作，并根据接收到的实际位置反馈信号，修正位 置指令，实现机床运动的准确控制。同时产生速度 指令送往速度控制单元，速度控制单元将速度指令 与速度反馈信号相比较，修正速度指令，用其差值 去控制伺服电动机以恒定速度运转。
由于同一时刻只能有一个微处理器对多端口存 储器读/写，所以功能复杂。当要求微处理器数量 增多时，会因争用共享存储器而造成信息传输的阻 塞，降低系统效率，因此扩展功能很困难。
支持多微处理器系统的总线都设计有总线仲裁 机构，通常有串行方式和并行方式两种裁决方式。
4.2.4 多微处理器数控装置的硬件结构
在串行总线裁决方式中，优先权的排列是按 链接位置决定的。某个主模块只有在前面优先权 更高的主模块不占用总线时，才可使用总线，同 时通知其后优先权较低的主模块不得使用总线，
4.2.4 多微处理器数控装置的硬件结构
4.2.1数控系统硬件综述
图4.3 CNC装置的硬件构成
4.2.1数控系统硬件综述
此外，在存储器方面CNC装置一般由ROM、RAM 构成，而普通计算机则由内存和外存（硬盘等）构 成；且后者容量相对大许多。
在CNC装置中，一般都是将显示器和机床操作 面板做在一起，以便实现手动数据输入(MDI)； 将CPU、存储器、位置控制器、输出接口等做在一 起，构成CNC装置。
计算机部分 微处理器CPU是CNC装置的核心，CPU执行系统程
序，首先读取工件加工程序，对加工程序段进行译 码和数据处理，然后根据处理后得到的指令，进行 对该加工程序段的实时插补和机床位置伺服控制； 它还将辅助动作指令通过可编程控制器（PLC）送 到机床，同时接收由PLC返回的机床各部分信息并 予以处理，以决定下一步的操作。
4.2.3 单微处理器数控装置的硬件结构
数据输入/输出接口与外围设备 数据输入/输出接口与外围设备是CNC装置与
操作者之间交换信息的桥梁。 例如，通过MDI方式或串行通信，可将工件加
工程序送入CNC装置；通过CRT显示器，可以显示 工件的加工程序和其它信息。
4.2.4 多微处理器数控装置的硬件结构
4.ห้องสมุดไป่ตู้.2 CNC装置的体系结构
早期的CNC装置多为单微处理器结构，由一个 CPU集中控制和管理整个系统资源、处理装置内的 所有信息，通过分时处理的方式来实现各种数控 功能。
优点：投资小，结构简单，易于实现。 缺点：系统功能则受CPU的字长、数据宽度、 寻址能力和运算速度等因素限制。 已被多微处理器系统的主从结构所取代。
4.2.2 CNC装置的体系结构
主从结构的多微处理器CNC装置中有两个或两 个以上的CPU，
CNC装置中的某些功能模块自身也带有CPU。只 有主CPU对整个装置的资源（装置内的存储器、总 线）有控制权和使用权，而其它带有CPU的功能部 件（通称为智能部件）则无权控制和使用装置资源， 它只能接受主CPU的控制命令或数据，或向主CPU发 出请求信息以获得所需的数据。
第四章 计算机数字控制系统
4.1 概述 4.2 数控系统的硬件结构 4.3 数控系统的软件结构 4.4 数控系统的常用接口 4.5 可编程控制器在数控机床中的应用
4.1 概述
数控系统一般由输入／输出（Ｉ／Ｏ）装置， 数字控制装置、驱动控制装置、机床电器逻辑控制 装置四部分组成，机床本体为被控对象。
1.共享总线结构 以系统总线为中心的多微处理器CNC装置，把组
成CNC装置的各个功能部件划分为带有CPU或DMA器件 的主模块和不带CPU或DMA器件的从模块（如各种RAM、 ROM模块、I/O模块）两大类。所有主、从模块都插 在配有总线插座的机柜内，共享标准系统总线。系 统总线的作用是把各个模块有效地连接在一起。按 照标准协议交换各种数据和控制信息，构成完整的 系统，实现各种预定的功能。
在并行总线裁决方式中，要配置专用逻辑电 路来解决主模块的判优问题，通常采用优先权编 码方案。
图4.8 分布式多微处理器结构
图4.9 主从式总线多微处理器结构
图4.10 总线式多主微处理器结构
4.2.4 多微处理器数控装置的硬件结构
2.共享存储器结构
采用多端口存储器来实现各CPU之间的互联和 通信，每个端口都配有一套数据、地址、控制线， 以供端口访问，由专门的多端口控制逻辑电路解决 访问的冲突。
4.1 概述
计算机数控系统由硬件和软件共同完成数控 任务。
4.2 数控系统的硬件构成
4.2.1数控系统硬件综述 CNC装置是数控系统的核心，它是一台专用
计算机，其配置的操作系统是控制各执行部件（各 运动轴）的位移量并使之协调运动，而不是一般进 行文档处理和科学计算的计算机。在CNC装置的专 用计算机中，除了与普通计算机一样具有CPU、存 储器、总线、输入/输出接口外；还有专门用于控 制机床各执行部件运动的位置控制器（图4.3）。
4.2.4 多微处理器数控装置的硬件结构
在系统中只有主模块有权控制和使用系统总线。 同一时刻只能由一个主模块占有总线，通过仲裁电 路裁决各主模块同时请求系统总线的竞争，按承担 任务的重要程度预先安排好各主模块的优先级别或 高低顺序。
总线仲裁的目的就是在各主模块争用总线时， 判别出各模块优先级的高低。
4.2.3 单微处理器数控装置的硬件结构
图4.4 单微处理器结构组成
4.2.3 单微处理器数控装置的硬件结构
单微处理器的结构特点是在CNC装置中只有一只 微处理器（CPU），其工作方式是集中控制、分时处 理数控系统的各项任务。
可划分为计算机部分、位置控制部分、数据输 入/输出接口及外围设备。
4.2.3 单微处理器数控装置的硬件结构