CNC装置软件结构
时间：2023-03-14作者：佚名
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CNC装置的软件是为完成CNC数控机床的各项功能而专门设计和编制的，是一种专用软件，结构取决于软件的分工，也取决于软件本身的工作特点。软件功能是CNC装置的功能体现。一些厂商生产的CNC装置，硬件设计好后基本不变，而软件功能不断升级，以满足制造业发展的要求。 一、CNC装置软硬件的分工 在CNC装置中，软件和硬件的分工由性能价格比决定的。现代CNC装置中，软件和硬件的分工是不固定的。图4-7为数控系统软硬件分工的4种形式。  二、CNC装置软件结构的特点 系统的控制部分包括：译码、刀具补偿、速度处理、插补和位置控制等软件。如图4-8 所示。  CNC系统是一个专用的实时多任务计算机控制系统，它的控制软件也采用了计算机软件技术中的许多先进技术。其中多任务并行处理和多重实时中断两项技术的运用是CNC装置软件结构的特点。 1．多任务并行处理 (1) CNC装置的多任务性 CNC装置系统软件分为管理软件和控制软件两部分。多任务是指在数控加工时系统软件必须同时进行控制与管理工作。例如，为了便于操作人员能及时掌握CNC的工作状态，管理软件中的显示模块必须与控制模块同时运行；当CNC处于NC工作方式时，管理软件中的零件程序输入模块必须与控制软件同时运行。 (2) 并行处理 并行处理是计算在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不相同的工作。如为了保证加工过程的连续性，即刀具在各程序段间不停刀，译码、刀补和速度处理模块必须与插补模块同时运行，而插补又要与位置控制必须同时进行等，这种任务并行处理关系如图4-9 所示 。运用并行处理技术可以提高运算速度。  并行处理方法： 资源共享(软件设计)：“分时共享”，多个用户按时间顺序使用同一套设备。 资源重复(硬件设计)：通过增加资源提高运算速度。 时间重叠(软件设计)：根据流水线处理技术，使多个处理过程在时间上错开，轮流使用同一套设备。 2. 实时中断处理 CNC装置软件结构的另一个特点是实时中断处理。CNC装置的多任务性和实时性决定了中断成为整个装置必不可少的组成部分。CNC装置的中断管理主要靠硬件完成，而其中中断结构决定了CNC装置软件的结构。 (1) CNC装置的中断类型 1）外部中断 主要有纸带光电阅读机中断、外部监控中断（如：紧急停、量仪到位等）和键盘操作面板输入中断。前两种中断的实时性要求很高，将它们放在较高的优先级上，而键盘和操作面板的输入中断则放在较低的中断优先级上。在有些系统中，甚至用查询的方式来处理它。 2）内部定时中断 主要有插补周期定时中断和位置采样定时中断。在有些系统中将两种定时中断合二为一。但是在处理时，总是先处理位置控制，然后处理插补运算。 3）硬件故障中断 它是各种硬件故障检测装置发出的中断。如存储器出错，定时器出错，插补运算超时等。 4）程序性中断 它是程序中出现的异常情况的报警中断。如：各种溢出，除零等。 (2) CNC装置中断结构模式 1）中断型结构模式 将各功能模块排成不同优先级的中断程序，构成中断系统。 各功能模块在事先编排好的优先级别下协调运行。 优先级别越高的，中断时间间隔越短。 一般在中断型结构模式的CNC软件体系中，控制显示器显示的模块为低级中断（0级中断），只要系统中没有其他中断级别请求，总是执行0级中断，即系统进行显示。其他程序模块，如译码处理、刀具中心轨迹计算、键盘控制、I/O信号处理、插补运算、终点判别、伺服系统位置控制等处理，分别具有不同的中断优先级别。开机后，系统程序首先进入初始化程序，进行初始化状态的设置、ROM检查等工作。初始化后，系统转入0级中断显示处理。此后系统就进入各种中断的处理，整个系统的管理是通过每个中断服务程序之间的通信方式来实现的。  2) 前后台型结构模式 该结构模式的CNC系统的软件分为前台程序和后台程序。 前台程序（实时中断程序）：完成与机床动作直接相关的实时功能，包括位置控制、插补、辅助功能、面板扫描及输出等。 后台程序（背景程序）：完成准备和管理工作，包括输入译码、插补准备及管理等。 图4-11所示为前后台软件结构中，实时中断程序与后台程序的关系图。这种前后台型的软件结构一般适合单处理器集中式控制，对CPU的性能要求较高。程序启动后先进行初始化，再进入后台程序环，同时开放实时中断程序，每隔一定的时间中断发生一次，执行一次中断服务程序，此时后台程序停止运行，实时中断程序执行后，再返回后台程序。  |
