開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)及其應(yīng)用

數(shù)控系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床的核心裝備，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的一些重要行業(yè)(如國(guó)防軍工、航天航空、it行業(yè)、汽車、輕工、冶金、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用。開(kāi)放式、智能化、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)。

上海開(kāi)通數(shù)控有限公司是國(guó)內(nèi)最早從事數(shù)控系統(tǒng)和交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)的單位之一。是上海電氣集團(tuán)股份有限公司中央研究院數(shù)控產(chǎn)業(yè)化基地，公司十余年來(lái)，致力于數(shù)控技術(shù)和交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研發(fā)，并和國(guó)外進(jìn)行技術(shù)合作，取得了豐碩的成功。目前，數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品主要分普及型全功能閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)、嵌入式中檔數(shù)控系統(tǒng)和基于光纖伺服總線開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)三大系列。產(chǎn)品規(guī)格有車、銑、磨、滾齒、切割、彎板、沖壓、繞簧，并已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)。數(shù)字化交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的規(guī)格從0.4kw～22kw，形成系列化，進(jìn)行了規(guī)?；a(chǎn)。產(chǎn)品除了與數(shù)控機(jī)床配套外，還廣泛應(yīng)用在紡織、印染、印刷、包裝、玻璃、飼料、微電子等機(jī)械上。部分?jǐn)?shù)控和伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品已出口日本和美國(guó)。

kt600開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)

該產(chǎn)品是和美國(guó)softservo公司合作，在基于光纖伺服總線的數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的。系統(tǒng)特點(diǎn)如下：

開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)， 全軟件控制系統(tǒng);

基于linux + rt-linux和windows2000/xp雙操作系統(tǒng)平臺(tái)，友好的圖形人機(jī)界面;

用二根光纖實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與通用伺服接口模塊，i/o模塊通訊，連接簡(jiǎn)單方便，可靠性高，最多可控制16根軸;

嵌入式pc架構(gòu)，12.1英寸彩色液晶顯示，usb接口和網(wǎng)絡(luò)接口;

動(dòng)態(tài)前看輪廓控制，小線段高速、高精度加工;

實(shí)時(shí)的軟件plc模塊，擁有416個(gè)光隔離輸入輸出點(diǎn);

swsdk開(kāi)發(fā)包，具有對(duì)所有實(shí)時(shí)進(jìn)程和資源的訪問(wèn)能力，包括設(shè)備管理、參數(shù)的設(shè)置、nc系統(tǒng)控制命令、plc命令、nc和伺服狀態(tài)的檢測(cè)等。用戶可以用來(lái)開(kāi)發(fā)自己的應(yīng)用軟件;

應(yīng)用領(lǐng)域：數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、印刷包裝機(jī)械、紡織機(jī)械、輕工機(jī)械、電子產(chǎn)品加工設(shè)備、自動(dòng)生產(chǎn)線等自動(dòng)化裝備。

kt600數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)光纖伺服總線與dc150伺服接口模塊、im300 i/o接口模塊進(jìn)行通訊和控制，系統(tǒng)的硬件配置如圖1所示。

kt600數(shù)控系統(tǒng)的軟件servoworks可以分為兩個(gè)層次，一層是滿足不同工業(yè)應(yīng)用需求的應(yīng)用軟件，它運(yùn)行在通用操作系統(tǒng)windows或者linux的用戶空間中;一層是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制(包括解釋器、插補(bǔ)、位置控制)和plc的實(shí)時(shí)控制軟件，它運(yùn)行在操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)擴(kuò)展空間rtx或者rtlinux中。應(yīng)用軟件和實(shí)時(shí)控制軟件通過(guò)servoworks api進(jìn)行通信。總體軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

servoworks提供豐富的用戶開(kāi)發(fā)工具—servoworks sdk，其核心部分是swapi。它提供設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)所需要的各種函數(shù)，如系統(tǒng)初始化、速度和位置控制、系統(tǒng)和伺服控制參數(shù)設(shè)置、手動(dòng)和自動(dòng)加工方式操作、數(shù)據(jù)和狀態(tài)的采集、系統(tǒng)自診斷、軸同步控制、plc命令等。這些api提供對(duì)所有實(shí)時(shí)進(jìn)程和資源的完全訪問(wèn)能力，用戶可以使用它來(lái)開(kāi)發(fā)自己的應(yīng)用軟件。

kt270/ kt290全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

該產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)：

寬速比、恒轉(zhuǎn)矩：調(diào)速比為1:5000;

高速度、高精度：最高轉(zhuǎn)速可達(dá)3000r/min;

回轉(zhuǎn)定位精度1/10000r;

操作簡(jiǎn)便，監(jiān)視功能齊全;

具有脈沖位置及模擬速度二種輸入控制方式;

電子齒輪功能;

功率范圍：

kt270系列：0.4kw～5.4kw

kt290系列：5.4kw～22kw 三相380v直接輸入

該產(chǎn)品的外形圖如圖3所示。

應(yīng)用實(shí)例-機(jī)械電子伺服數(shù)控折彎?rùn)C(jī)

上海沖剪機(jī)床廠開(kāi)發(fā)的國(guó)內(nèi)第一臺(tái)me50/2550機(jī)械電子伺服數(shù)控折彎?rùn)C(jī)(見(jiàn)圖4)，采用了開(kāi)通數(shù)控有限公司的kt600-b折彎?rùn)C(jī)數(shù)控系統(tǒng)和kt270/kt290全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，替代了原進(jìn)口數(shù)控系統(tǒng)和液壓伺服。

該機(jī)床通過(guò)裝在兩側(cè)的光柵尺的位置反饋，由kt600-b數(shù)控系統(tǒng)對(duì)滑塊的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行全閉環(huán)同步控制。其后檔料采用kt270驅(qū)動(dòng)1kw的伺服電機(jī)?；瑝K由2個(gè)kt290驅(qū)動(dòng)11kw的大功率伺服電機(jī)，通過(guò)強(qiáng)力柔性傳動(dòng)帶同步驅(qū)動(dòng)，使滑塊運(yùn)行平衡快速。由于采用滑輪組傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，使壓力均勻分布在整個(gè)滑塊上，有效地解決了液壓傳動(dòng)折彎?rùn)C(jī)無(wú)法克服的滑塊撓度變形的難題，確保了折彎角度的一致性，因此，這種類型的數(shù)控折彎?rùn)C(jī)不但具有很高的重復(fù)定位精度，而且更適合長(zhǎng)工件的加工作業(yè)。

根據(jù)機(jī)械電子伺服數(shù)控折彎?rùn)C(jī)的控制需求和kt600開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)所提供的軟硬件平臺(tái)，在linux操作系統(tǒng)下，建立了折彎角度計(jì)算和修正模型、抗干涉優(yōu)化算法模型和折彎壓力計(jì)算模型，根據(jù)折彎?rùn)C(jī)加工工藝和操作的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)友好的圖形人機(jī)界面應(yīng)用軟件。并在servoworks sdk平臺(tái)上開(kāi)發(fā)了數(shù)控折彎?rùn)C(jī)的實(shí)時(shí)控制軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)滑塊的同步控制和折彎加工所需的各種功能，其性能和功能達(dá)到了國(guó)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。由于采用伺服電機(jī)替代了液壓伺服控制，me50/2550機(jī)械電子伺服數(shù)控折彎?rùn)C(jī)的加工精度高于常規(guī)的數(shù)控折彎?rùn)C(jī)，且具有噪聲低、無(wú)漏油等特點(diǎn)，是一種綠色環(huán)保的新產(chǎn)品。kt600-b的典型人機(jī)界面圖如圖5、圖6所示。