一種微機控制二維數字仿真系統的製作方法

2023-06-13 05:07:31

專利名稱：一種微機控制二維數字仿真系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及數控技術領域，具體地，涉及一種微機控制二維數字仿真系統。
背景技術：
隨著現代科學技術的迅速發展，IP業的迅速崛起，社會生產力得到巨大的發展和改善，並且加速、帶動了各行業各業的發展。社會對產品的需求也日益增大，這樣就刺激了產品生產企業對現有生產設備的改造、更新。尤其對機械製造行業來講，原有的機械加工設備已遠不能滿足現有的生產需求，只有更新換代使用數控工具機才能生產製造出高、新、尖的產品，提高生產率，在日益競爭激烈的市場佔有一席之地。自從數控工具機問世以來，經過幾十年的發展，世界上主要工業化國家的數控程度已大大提高，工具機數控化的普及率也不斷提高。我國從改革開放以來，加快了數控工具機技術的引進和發展，促進了我國工具機數控技術的普及和發展，各大型企業引進數控工具機擴大再生產，現在，上到國有大型企業，下至私人企業、家庭作坊幾乎都有數控設備。但是，目前對數控技術的仿真實驗的安全性較差，數控操作及編程人員的培訓費用較高，使得數控技術的發展受限制。隨著計算技術的飛速發展及微電子產業的蓬勃發展，尤其是虛擬實境技術和理念的發展，需要產生可以模擬實際設備加工環境及其工作狀態的計算機仿真系統。在實現本實用新型的過程中，發明人發現現有技術中至少存在安全性差、使用不方便與成本高等缺陷。

實用新型內容本實用新型的目的在於，針對上述問題，提出一種微機控制二維數字仿真系統，以實現安全性好、使用方便與成本低的優點。為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案是一種微機控制二維數字仿真系統，包括通過數據總線連接的PC機(即計算機)與運動控制卡，分別與所述PC機的輸入端及運動控制卡的輸入端連接的輸入單元，與所述PC機的輸出端連接的電磁控制單元，以及分別與所述PC機的輸出端及運動控制卡的輸出端連接的控制單元。進一步地，所述輸入單元，包括與PC機的輸入端連接的運動控制函數庫輸入模塊，以及與運動控制卡的輸入端連接的行程原點設定模塊。進一步地，所述電磁控制單元，包括依次與PC機的輸出端連接的開關量控制卡、固態繼電器及電磁鐵。進一步地，所述控制單元，包括橫向設置、且與運動控制卡的輸出端依次連接的第一步進電機驅動器及第一步進電機，以及縱向設置、且與運動控制卡的輸出端依次連接的第二步進電機驅動器及第二步進電機；所述PC機的輸出端，分別與第一步進電機驅動器及第二步進電機驅動器連接；第一步進電機驅動器與第二步進電機驅動器連接。[0012]進一步地，所述運動控制卡，包括主控制器，以及分別與所述主控制器連接的PC接口及光電隔離口；所述PC接口，通過至少包括ISA總線的數據總線，與PC機的CPU連接；光電隔離口，與控制單元連接。進一步地，所述主控制器包括單片機。進一步地，所述運動控制卡的型號為MDC300。本實用新型各實施例的微機控制二維數字仿真系統，由於包括通過數據總線連接的PC機與運動控制卡，分別與PC機的輸入端及運動控制卡的輸入端連接的輸入單元，與PC機的輸出端連接的電磁控制單元，以及分別與PC機的輸出端及運動控制卡的輸出端連接的控制單元；可以通過PC機結合由主控制器(如單片機)控制的驅動板(即電磁控制單元與 控制單元)，組成主從式控制結構，實現模仿數控工具機的工作原理及過程，增強操作者的感性認識，並很快掌握數控技術的原理及數控編程；從而可以克服現有技術中安全性差、使用不方便與成本高的缺陷，以實現安全性好、使用方便與成本低的優點。本實用新型的其它特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。

附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的限制。在附圖中圖I為根據本實用新型微機控制二維數字仿真系統的工作原理示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。根據本實用新型實施例，提供了一種微機控制二維數字仿真系統。如圖1(可以顯示該微機控制二維數字仿真系統所在主工作檯及傳動裝置的控制框圖)所示，本實施例的微機控制二維數字仿真系統，包括通過數據總線連接的PC機與運動控制卡，分別與PC機的輸入端及運動控制卡的輸入端連接的輸入單元，與PC機的輸出端連接的電磁控制單元，以及分別與PC機的輸出端及運動控制卡的輸出端連接的控制單元。這裡，該運動控制卡(如型號為MDC300的運動控制卡)，包括主控制器(如單片機)，以及分別與主控制器連接的PC接口及光電隔離口；PC接口，通過至少包括ISA總線的數據總線，與PC機的CPU連接；光電隔離口，與控制單元連接。其中，上述輸入單元，包括與PC機的輸入端連接的運動控制函數庫輸入模塊，以及與運動控制卡的輸入端連接的行程原點設定模塊。電磁控制單元，包括依次與PC機的輸出端連接的開關量控制卡、固態繼電器及電磁鐵。上述控制單元，包括橫向設置、且與運動控制卡的輸出端依次連接的第一步進電機驅動器(如步進電機X驅動器)及第一步進電機(如步進電機X)，以及縱向設置、且與運動控制卡的輸出端依次連接的第二步進電機驅動器(如步進電機Y驅動器)及第二步進電機(如步進電機Y) ;PC機的輸出端，分別與第一步進電機驅動器及第二步進電機驅動器連接；第一步進電機驅動器與第二步進電機驅動器連接。上述實施例的微機控制二維數字仿真系統，可以模擬實際設備加工環境及其工作狀態的計算機仿真系統。該微機控制二維數字仿真系統，可以用計算機進行仿真實驗，通過微機控制實現模仿數控工具機的工作原理及過程；也可以用計算機仿真系統進行培訓，不僅可迅速提高操作者的素質，而且安全可靠、費用低。上述實施例的微機控制二維數字仿真系統，要求有PC機控制，使用工具機DMC300運動控制卡，控制單元由步進電機控制器(如步進電機X驅動器和步進電機Y驅動器)和步進電機(如步進電機X和步進電機Y)構成；控制界面可以使用可視化的Windows用戶界面,達到操作界面合理、簡單，合理的軟硬體設計使系統工作可靠，各種保護使系統達到免維護運行且通過軟體升級可增強功能。 上述實施例的微機控制二維數字仿真系統，是通過臺式微型計算機(如PC機)結合由單片機控制的驅動板，組成主從式控制結構，實現模仿數控工具機的工作原理及過程，增強操作者的感性認識，並很快掌握數控技術的原理及數控編程。該微機控制二維數字仿真系統，主要由主機(即工控主機)、計算機、DMC300運動控制卡、驅動器及步進電機等組成，使用時，計算機和DMC300運動控制卡構成的主從控制結構，輸出梯形曲線控制信號，由PC機實現人機互動操作，所有控制指令由PC機發出，通過總線式並行通訊控制PC機及ISA擴展槽內的運動控制卡，控制步進電機驅動器，由步進電機驅動器使步進電機運轉，從而驅動工作檯上移動橋和移動筆架，最後由移動筆架上的繪圖筆在繪圖區繪製圖形；控制精度由對加工零件圖紙的細分程度及步進電機的步距角決定。上述實施例的微機控制二維數字仿真系統，主要包含由兩個控制板組成的運動控制系統其中一個為執行運動函數的控制卡；另一個為執行開關量的控制卡。其中⑴運動函數控制卡由計算機經過計算的矢量曲線分解為X、Y坐標的脈衝量和方向量來控制步進電機驅動器，由兩個坐標的運動又合成所要求的曲線；⑵開關量控制卡根據程序要求來保證繪圖筆運動與否，使步進電機驅動器脫機。抬筆信號來保證程序在空運動期間抬筆；⑶檢測開關是用來檢測原點和超程的信號，反饋給計算機，停止發送信號。上述實施例的微機控制二維數字仿真系統，所包含的軟體功能說明如下軟體系統是中文Wind0ws98平臺上的管理軟體，集公式曲線輸入、屏幕圖形預顯、圖幅設置、繪圖輸出、文件保存等功能於一體的綜合軟體，按鈕化的用戶操作界面，使操作簡單、方便、直觀。主要功能設置如下⑴打開打開已保存過的文件；圖幅設置設定當前圖紙幅面；運動參數設置設置它的初速度、最高速度、加速度；指令輸入輸入運動指令並存儲當如文件。輸入曲線輸入公式曲線的參數；刪除曲線刪除所選曲線；屏幕繪圖在主窗口預顯示圖形；繪圖輸出同步在主窗口顯示圖形和在主機上繪製出預先編制的圖形；[0043]回原點要求主機回到預定的原點位置；開始一切準備就緒後，按開始既可開始繪圖；比例設置可對預先編制的圖形尺寸進行放大或縮小；坐標顯示顯示坐標點當前的位置。⑵主要功能特點與技術指標①主要功能特點概述編程格式符合ISO國際代碼標準；通過可視化的Windows用戶界面，實現人機互動操作； 用彙編語目的編程和C++語目均可編程；兩個運動軸能以獨立的形式進行點位運動、連續運動和回原點運動；能以特定的矢量速度執行線性、圓弧、橢圓插補運動。參與插補運動的各軸同時開始運動，並且按照特定的算法同時到達各自的目標位置。線性插補允許兩軸沿直線運動；圓弧類插補允許兩軸沿著圓弧或橢圓運動；使用屏蔽線纜，並且所有的輸入、輸出信號均用光電隔離，提高了控制卡的可靠性和抗幹擾能力；無間隙傳動機構和細分小步距、大扭矩步進電機保障了快速移動和動作回程點的定位。定位精度為移動速度大於5米/分鐘，(O. 4mm小於5米/分鐘O. 2mm②技術指標混合式步進電機日本KH56KM2-851 (I. 8° I. ON · m)驅動器四通SH20402A (最大64細分)直流開關電源24DCV(10A),5DCV (ΙΑ)設計指標有效繪圖區845X594mm (Al幅面)繪圖筆最快速度700mm/min繪圖筆定位精度< O. 3mm供電方式AC220V/50Hz控制單元最大工作功耗30W使用環境條件溫度-40—+85°C，相對溼度< 85% ;海拔高度〈2000米。上述實施例的微機控制二維數字仿真系統，可以帶來的有益效果包括機械設計要求結構緊湊合理、構造簡單、外型美觀、大方；傳動使用無間隙齒輪齒條，要求平穩、不失步；機械噪音小；自潤滑性能好；整機重量輕，便於移動。Windows下的運動控制程序等二個方面闡述其技術難點與實現。⑴抗幹擾設計該微機控制二維數字仿真系統的抗幹擾性能是系統可靠性的重要指標，也是又一個難點。抗幹擾問題解決的不好，不僅會造成系統死機、重啟、程序混亂等現象，而且將影響數據的可靠傳輸及整個系統的可靠運行，因而也是需要解決的關鍵技術。本系統主要幹擾源來自電網浪湧和尖峰幹擾及空間電磁幹擾等，硬體設計上對電源系統的抗幹擾措施選用了優質單相電源濾波器以及主要電路另加退耦電容、濾波電容等，用於仰制電源線上的噪聲和尖峰幹擾。同時，DMC300的接線方式採用D型插頭，可使用屏蔽線纜，並且所有的輸入、輸出信號均用光電隔離，提高了控制卡的可靠性和抗幹擾能力。確保系統的硬體安全性能。軟體設計上採取數據多重校驗的對策剔除幹擾造成的錯誤數據，保證系統的安全可靠運行。⑵Windows下的運動控制思路為了開發基於Windows的運動控制程序，用戶可以使用VC6. O或更高版本。按運動類型分類，主要有三種類型點位運動、連續運動和回原點運動；按運動方式可分為獨立運動和插補運動兩種；按運動速度可分為常速運動和梯形速度兩種。點位運動中，被控軸以各自的速度分別移動指定的距離，在到達目標位置時自動停止。在兩軸點位運動中，各軸同時開始運動，但不一定同時到達目標位置。在DMC300函數庫中共提供了六個點位運動指令函數可供調用。 連續運動中，被控軸以各自的速度按給定的方向一直運動，直到碰到限位開關或制動時才會停止。在DMC300函數庫中共提供了六個連續運動指令函數可供調用。回原點運動中，被控軸以各自的速度按給定的方向一直運動，直到碰到原點信號、限位開關或制動時才會停止。在DMC300函數庫中共提供了六個回原點運動指令函數可供調用。插補運動中，兩軸按照一定的算法進行聯動，被控軸同時啟動，並同時到達目標位置。插補運動以矢量速度運行。線性插補運動中，兩個軸以矢量速度(常矢量速度或梯形矢量速度)作線性聯動，每個被控軸的運動速度為矢量速度在該軸上的分速度，各個被控軸同時啟動，並同時到達目標位置。DMC300函數庫中提供四個線性插補函數可供調用。圓弧插補運動中，兩個軸以矢量速度沿給定圓弧作聯動，每個被控軸的運動速度為矢量速度在該軸上的分速度，由於矢量速度的方向在不斷改變，各被控軸的運動分速度也在不斷改變。各個被控軸同時啟動，並同時到達目標位置，並且兩個軸的合成運動軌跡為給定的圓弧。DMC300函數庫中提供四個圓弧類插補函數可供調用。在運動過程中，如果需要暫停或中止某個軸或某幾個軸的運動，可以調用制動函數來完成。處理中斷通常是一項極具挑戰性的工作，為了簡化這一工作，在DMC300函數庫中提供了一些相關的函數來處理中斷。，合理地處理中斷，就能開發出基於Windows的運動控制程序。最後應說明的是以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，儘管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種微機控制二維數字仿真系統，其特徵在於，包括通過數據總線連接的PC機與運動控制卡，分別與所述PC機的輸入端及運動控制卡的輸入端連接的輸入單元，與所述PC機的輸出端連接的電磁控制單元，以及分別與所述PC機的輸出端及運動控制卡的輸出端連接的控制單元。
2.根據權利要求I所述的微機控制二維數字仿真系統，其特徵在於，所述輸入單元，包括與PC機的輸入端連接的運動控制函數庫輸入模塊，以及與運動控制卡的輸入端連接的行程原點設定模塊。
3.根據權利要求I所述的微機控制二維數字仿真系統，其特徵在於，所述電磁控制單元，包括依次與PC機的輸出端連接的開關量控制卡、固態繼電器及電磁鐵。
4.根據權利要求I所述的微機控制二維數字仿真系統，其特徵在於，所述控制單元，包括橫向設置、且與運動控制卡的輸出端依次連接的第一步進電機驅動器及第一步進電機，以及縱向設置、且與運動控制卡的輸出端依次連接的第二步進電機驅動器及第二步進電機； 所述PC機的輸出端，分別與第一步進電機驅動器及第二步進電機驅動器連接；第一步進電機驅動器與第二步進電機驅動器連接。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的微機控制二維數字仿真系統，其特徵在於，所述運動控制卡，包括主控制器，以及分別與所述主控制器連接的PC接口及光電隔離口 ； 所述PC接口，通過至少包括ISA總線的數據總線，與PC機的CPU連接；光電隔離口，與控制單兀連接。
6.根據權利要求5所述的微機控制二維數字仿真系統，其特徵在於，所述主控制器包括單片機。
7.根據權利要求5所述的微機控制二維數字仿真系統，其特徵在於，所述運動控制卡的型號為MDC300。
專利摘要本實用新型公開了一種微機控制二維數字仿真系統，包括通過數據總線連接的PC機與運動控制卡，分別與所述PC機的輸入端及運動控制卡的輸入端連接的輸入單元，與所述PC機的輸出端連接的電磁控制單元，以及分別與所述PC機的輸出端及運動控制卡的輸出端連接的控制單元。本實用新型所述微機控制二維數字仿真系統，可以克服現有技術中安全性差、使用不方便與成本高等缺陷，以實現安全性好、使用方便與成本低的優點。
文檔編號G05B17/02GK202677092SQ201220337258
公開日2013年1月16日 申請日期2012年7月12日 優先權日2012年7月12日
發明者李宗義, 姜毅龍, 米保全, 文宏, 孫永忠, 武承文 申請人:甘肅機電職業技術學院