我国常用数控系统功能比较

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摘要

数控加工作为现代制造业先进生产力的代表, 在航空航天机械电子船舶化工汽车等行业得到广泛应用并逐渐被其它行业广泛使用。FANUC 数控系统和SINUMERIK 数控系统是目前国内最流行的机床控制系统, 华中数控系统作为国产数控系统中的代表, 正逐步扩大自己在行业内的市场份额. 本文着重介绍三种系统各自特点，供购买者或选用系统人员参考。 关键字：数控系统 FANUC SINUMERIK 华中数控

Abstract

the numerical control processing as the modern manufacturing representatives of advanced productivity, in aerospace machinery and electronics ship chemical automotive industries widely used by other industry and gradually widely used. FANUC nc systems and SINUMERIK numerical control system is the present domestic most popular machine control system, huazhong nc system as the domestically produced numerical control system of representative, is gradually expand your market share in the industry. This paper introduces three system characteristics, purchaser or choose system for reference.

Key words: numerical control system FANUC SINUMERIK huazhong nc

一、日本FANUC 数控系统

1、主要特点

日本FANUC 公司的数控系统具有高质量、高性能、全功能，适用于各种机床和生产机械的特点，在市场的占有率远远超过其他的数控系统，主要体现在以下几个方面。

(1)系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装，各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。

(2)具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。其工作环境温度为0～45℃，相对湿度为75%。

(3)有较完善的保护措施。FANUC 对自身的系统采用比较好的保护电路。

(4)FANUC系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。对于一般的机床来说，基本功能完全能满足使用要求。

(5)提供大量丰富的PMC 信号和PMC 功能指令。这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床侧PMC 控制程序，而且增加了编程的灵活性。

(6)具有很强的DNC 功能。系统提供串行RS232C 传输接口，使通用计算机PC 和机床之间的数据传输能方便、可靠地进行，从而实现高速的DNC 操作。

(7)提供丰富的维修报警和诊断功能。FANUC 维修手册为用户提供了大量的报警信息，并且以不同的类别进行分类。

2、主要系列

(1)高可靠性的Power Mate 0系列：用于控制2轴的小型车床，取代步进电机的伺服系统; 可配画面清晰、操作方便，中文显示的CRT/MDI，也可配性能/价格比高的DPL/MDI。

(2)普及型CNC 0—D 系列：0—TD 用于车床，0—MD 用于铣床及小型加工中心，0—GCD 用于圆柱磨床，0—GSD 用于平面磨床，0—PD 用于冲床。

(3)全功能型的0—C 系列：0—TC 用于通用车床、自动车床，0—MC 用于铣床、钻床、加工中心，0—GCC 用于内、外圆磨床，0—GSC 用于平面磨床，0—TTC 用于双刀架4轴车床。

(4)高性能/价格比的0i 系列：整体软件功能包，高速、高精度加工，并具有网络功能。0i —MB/MA用于加工中心和铣床，4轴4联动;0i —TB/TA用于车床，4轴2联动，0i —mate

MA 用于铣床，3轴3联动;0i —mateTA 用于车床，2轴2联动。

(5)具有网络功能的超小型、超薄型CNC 16i/18i/21i系列：控制单元与LCD 集成于一体，具有网络功能，超高速串行数据通讯。其中FSl6i —MB 的插补、位置检测和伺服控制以纳米为单位。16i 最大可控8轴，6轴联动;18i 最大可控6轴，4轴联动;21i 最大可控4轴，4轴联动。

除此之外，还有实现机床个性化的CNC 16/18 / 160/180系列。

二、德国SINUMERIK 数控系统

1、功能

是一个集成所有数控系统元件（数字控制器，可编程控制器，人机操作界面）于一体的操作面板安装形式的控制系统。所配套的驱动系统接口采用西门子公司全新设计的可分布式安装以简化系统结构的驱动技术，这种新的驱动技术所提供的DRIVE-CLiQ 接口可以连接多达6轴数字驱动。外部设备通过现场控制总线 PROFIBUS DP 连接。这种新的的驱动接口连接技术只需要最少数量的几根连线就可以进行非常简单而容易的安装。SINUMERIK802D sl为标准的数控车床和数控铣床提供了完备的功能，其配套的模块化结构的驱动系统为各种应用提供了极大的灵活性。性能方面经过大大改进的工程设计软件（Sizer ，Starter ）可以帮助用户完成从项目开始阶段的设计选型，订货直到安装调试全部过程中的各项任务。

相对于802D 在性能上有许多的改进，为广大的客户在希望扩大应用领域和范围方面提供了更多的可能和受益，例如：可以方便的使用 DIN 编程技术和 ISO 代码进行编程，卓越的产品可靠性，数字控制器，可编程控制器，人机操作界面，输入/输出单元一体化设计的系统结构，由各种循环和轮廓编程提供的扩展编程帮助技术，通过DRIVE-CLiQ 接口实现的最新数字式驱动技术提供了统一的数字式接口标准，各种驱动功能按照模块化设计，可以根据性能要求和智能化要求灵活安排，各种模块不需要电池及风扇，因而无需任何维护。 各种功能体现了西门子公司最新的产品创新技术，例如5个数字驱动轴，其中任意4个都可以作为联动轴进行插补运算，另一个作为定位轴使用，同时，还提供一个相应的数字式主轴（模拟主轴即将推出）作为一个变型使用, 在带C 轴功能时，可以采用3个数字轴，一个数字主轴，一个数字辅助主轴和一个数字定位轴的配置。新一代的西门子驱动技术平台SINAMICS S120伺服系统通过已经集成在元件级的DRIVE-CLiQ 来对错误进行识别和诊断，从操作面板就可以进行操作，使用的标准闪存卡（CF ）可以非常方便的备份全部调试数据文件和子程序，通过闪存卡（CF ）可以对加工程序进行快速处理，通过连接端子使用两个电子手轮，216 个数字输入和144 个数字输出（0.25A ），RCS802 - 远程诊断和远程控制（NC 和 PLC ），RCS@Event（通过电子邮件进行远程诊断），USB 口（即将推出）。

2、元件

系统集成和连接以下元件：最大可以连接2个电子手轮，小型手持单元，通过I/O 模块PP 72/48 或通过 MCPA 模块控制的机床操作面板，MCPA 模块被插入安装在PCU 210的后背板。MCPA 模块可以连接机床控制面板，同时具有用于模拟主轴的模拟接口。最大可以连接3个I/O模块PP 72/48。

三、华中数控系统

1、华中数控系统的软件结构

（一）软件结构说明

华中数控系统的软件结构。底层软件：它是华中数控系统的软件平台，其中RTM 模块

为自行开发的实时多任务管理模块，负责CNC 系统的任务管理管理调度。NCBIOS 模块为基本输入输出系统，管理CNC 系统所有的外部控制对象，包括设备驱动程序（I/O）的管理、位置控制、PLC 控制、插补计算以及内部监控等。RTM 和NCBIOS 两模块合起来统称NCBASE ，如图中双点画线框所示。过程控制软件（或上层软件），它包括编辑程序、参数设置、译码程序、PLC 管理、MDI 、故障显示等与用户操作有关的功能子模块。对不同的数控系统，其功能的区别都在这一层，系统功能的增减均在这一层进行；各功能模块通过NCBASE 的NCBIOS 与底层进行信息交换。

（二）NCBASE 的功能

(1)实时多任务的调度

该功能由RTM 模块实现。调度核心由时钟中断服务程序和任务调度程序组成。根据任务要求的调度机制（采用优先抢占加时间片轮转调度）和任务的状态，调度核心对任务实行管理，即决定当前哪个任务获得CPU 的控制权，并监控任务的状态。系统中各个任务只能通过调度核心才能运行和终止。从调度核心进入任务或任务在一个时间片内未能运行完而返回调度核心的状态；任务在时间片内运行完毕返回调度核心的状态。

(2)设备驱动程序

对于不同的控制对象，如加工中心、数控铣床、数控车床、数控磨床等，硬件的配置可能不同，而不同的硬件模块其驱动程序也不同。华中数控系统就很好的解决了这个问题。在配置系统时，所有的硬件模块的驱动程序都要在NCBIOS 的NCBIOS.CFG 中说明（格式为：DEVICE=驱动程序名）。系统在运行时，NCBIOS 根据NCBIOS.CFG 的预先设置，调入对应模块的驱动程序，建立相应的接口通道。

(3)位置控制

位置控制是NCBIOS 的一个固定程序，主要是接受插补运算程序送来的位置控制指令，经进行螺距误差补偿、传动间隙补偿、极限位置判别等处理后，输出速度指令值给位置控制

(4)插补器

华中数控系统为多通道（可为四通道）数控系统，每个通道都有一个插补器，相应就创建一个插补任务。其任务主要是完成直线、圆弧、螺纹、攻丝及微小直线段（供自由曲线和自由曲面加工用）等插补运算。

(5)PLC调度

PLC 调度的主要任务是：故障的报警处理；M 、S 、T 处理；急停和复位处理；虚拟轴驱动处理；刀具寿命管理；操作面板的开关处理；指示灯及突发事件处理等。

(6)内部监控 实现对CNC 系统各部分故障的监控。

2、华中数控系统硬件结构简介

华中数控系统是我国为数不多具有自主版权的高性能数控系统之一。它以通用的工业PC 机（IPC ）和DOS 、WINDOWS 操作系统为基础，采用开放式的体系结构，使华中数控系统的可靠性和质量得到了保证。它适合多坐标（2～5）数控镗铣床和加工中心，在增加相应的软件模块后，也能适应于其它类型的数控机床（如数控磨床、数控车床等）以及特种加工机床（如激光加工机、线切割机等）。

系统的硬件由工业PC 机（IPC ）、主轴驱动单元和交流伺服单元等几个部分组成。各组成部分介绍如下。

（1）虑线框为一台IPC 的基本配置，其中ALL-IN-ONE CPU卡的配置是CPU 80386以上、内存2MB 以上、cache 128kB以上、软硬驱接口、键盘接口、二串一并通信接口、DMA 控制器、中断控制器和定时器；外存是包括软驱、硬驱和电子盘在内的存储器件。

（2）系统总线是一块由四层印刷电路板制成的无源母板。

（3）单点画线部分是数控系统的操作面板，其中数控键盘通过COM2口直接写标准键

盘的缓冲区。

（4）双点画线的模块表示是可根据用户特殊要求而定制的功能模块。

（5）位置单元接口根据伺服单元的不同而有不同的具体实施方案；当伺服单元

为数字交流伺服单元时，位置单元接口可采用标准RS232C 串口；当伺服单元为模拟式交/直流伺服单元时，位置单元接口采用位置环板；当用步进电机为驱动元件时（教学数控机床），位置单元接口采用多功能数控接口板。

（6）光隔I/O板主要处理控制面板上以及机床测量的开关量信号。

（7）多功能板主要处理主轴单元的模拟或数字控制信号，并回收来自主轴编码器、手摇脉冲发生器的脉冲信号。

总结

通过查阅资料，完成此篇文章。我对我国常用的数控系统有了更深入的了解。日本FANUC ，德国SINUMERIK ，华中数控三种系统各有特点。另外我国的华中数控系统还存在很大的进步空间。对数控系统的了解，有助于日后准确的选用系统。

参考文献：

1. 白恩远主编. 现代数控机床伺服及检测技术. 北京：国防工业出版社,2002

2. 毕承恩，丁乃建等主编. 现代数控机床. 北京：机械工业出版社,1991

3. 陈洪涛主编. 数控加工工艺与编程. 北京：高等教育出版社，2003.9

4. 刘跃南主编. 机床计算机数控及其应用. 北京：机械工业出版社，2001.6

5. 张超英，罗学科主编. 数控机床加工工艺、编程及操作实训. 北京：高等教育出版社，2003.9

6. 赵长明，刘万菊主编. 数控加工工艺及设备. 北京：高等教育出版社，2003.10

7. 刘雄伟主编. 数控机床操作与编程培训教程. 北京：机械工业出版社，2001.5

8. 李佳主编. 数控机床及应用. 北京：清华大学出版社，2001.7

9. 张建钢，胡大泽主编. 数控技术. 武昌：华中科技大学出版社，2000.8

10. 王志平主编. 数控机床及应用. 北京：高等教育出版社，2002.3