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数控系统论文范文1
PLC以其可靠性高、逻辑控制功能强、体积小、适应性强和与计算机接口方便等优势在工业测控领域广泛运用,已大量替代由中间继电器和时间继电器等组成的传统电器控制系统。近年来,PLC技术发展迅猛,新产品层出不穷。高端PLC不仅擅长开关量检测和逻辑控制,而且能够处理模拟信号、进行位置控制和回路控制,还可以连接各种触摸屏人机界面并具有强大的网络功能。高端PLC配备适当的位置控制单元和触摸屏人机界面,并根据计算机集成制造系统(CIMS)或柔性制造系统(FMS)的具体要求,配置相应的网络模块或网络单元,即可实现网络互连,构成开放的数控系统。本文介绍一种基于OMRON高端PLC的磨削数控系统,这种数控系统装备的位置控制单元可以实现两轴联动,并可根据实际需要,任意扩展控制轴数;触摸屏人机界面可以根据操作需要灵活设计;还可通过DeviceNet、ControllerLink和TCP/IP协议单元进行多层次的网络互连。这种数控系统目前已在3MZ2120磨床数控技术改造中获得成功应用。
1.数控系统的开放特征与典型模式
开放式数控系统一般基于PC平台,具有模块化、标准化、平台无关性、可二次开发和适应联网工作等特征。基于PC平台的开放式数控系统目前有3种典型模式。第一种为衍生型(专用NC+PC),在传统CNC中插入专门开发的接口板,使传统的专用CNC带有PC的特点。此种模式是由于数控系统制造商不能在短期内放弃传统的专用CNC技术而产生的折中方案,尚未实现NC内核的开放,只具有初级开放性;第二种为嵌入型(PC+NC控制卡),将基于DSP的高速运动控制卡(NC控制卡)插在PC的标准扩展槽中,由PC机执行各种非实时任务,NC控制卡处理实时任务。是目前基于PC平台的开放式数控系统的主流;第三种为全软件数控系统,PC机不仅能够完成管理等非实时任务,也可以在实时操作系统的支持下,执行实时插补、伺服控制、机床电器控制等实时性任务。这种模式的数控系统实现了NC内核的开放和用户操作界面的开放,可以直接或通过网络运行各种应用软件,是真正意义上的开放式数控系统。与PC平台开放式数控系统相比,基于高端PLC的数控系统的开放性主要体现在网络层面和系统扩充层面。高端PLC采用类似于PC的总线结构和面向操作的梯形图语言编程,模拟量处理单元、位置控制单元、回路控制单元、网络模块或网络单元等高端部件都有专用控制语句,具有系统构建灵活、扩充能力强、应用软件设计便捷等优点。编程语言标准化和部件可互换性的不断增强,现场总线技术和工业以太网络标准的普遍采用,都使基于高端PLC的数控系统变得更加开放,将成为面向CIMS或FMS的设备层的重要组成部分。
2.基于高端PLC的磨削数控系统
2.1开关信号监测与逻辑控制
当前系统输入输出单元是PLC的基本组成部分,在磨削数控系统中承担所有开关信号的监测和全部逻辑控制功能。监测信号主要有:机械手进出、机械手上下、料盘正反转、修整器起落等动作的位置信号,磨削设备和辅助装置上的各种工作状态信号和异常报警信号。系统输出单元控制磨削设备上所有电磁阀和机床电器系统等,通过磨削设备上的液压系统,控制机械手、料盘、工件卡盘、砂轮轴、床身、修整器等基本部件和冷却、、过滤等辅助装置按照磨床动作和磨削工艺要求工作,实现磨削加工过程的自动化。
2.2工件与砂轮运转速度控制
保持工件与砂轮转动速度恒定,对提高磨削加工质量十分有利。为此系统配备了2台带RS-485串口变频器,分别驱动工件轴和砂轮轴。PLC采用联机随动控制保证两者之间速度的配合与稳定。操作人员依据磨削加工要求设定工件轴变频器速度参数,PLC接收该参数后,参照砂轮直径(设定或记忆值)和转动速度比例关系,计算并自动设定砂轮轴变频器的速度参数。在磨削加工过程中,PLC对砂轮在磨削及修整过程中的损耗给予速度自动补偿。PLC最多可以控制32台变频器,不同厂家的变频器可采用协议宏通信联接。PLC按照变频器地址(0-31)、指令代码和相关数据顺序向变频器传送命令,对变频器运行、停止、正转、反转等实施控制;PLC还可以监视变频器运行状态,当变频器发生过电流、过电压、变频器过载、硬件异常、电机过载、过力矩检测、电源异常、通信超时等情况,可将异常参数传输给PLC,由PLC作出相应处理。
2.3位置控制单元(PCU)与位置控
制高端PLC配备单轴位置控制单元,与步进电机或交流伺服电机驱动器配套使用,可以完成开环或半闭环位置控制及速度控制,配备两轴联动位置控制单元可以进行实时插补控制,实现直线和圆弧曲面等加工控制。目前全球各主要PLC制造商都已推出与高端PLC配套的PCU,具备高速和高精度的位置控制功能。OMRON公司的CJ1MCPU自带PCU的位置脉冲速度为1kBPS,高级PCU的速度可达到500kBPS,松下PP2或PP4系列的位置控制速度高达1MBPS。采用高端PLC设计数控系统,需根据控制精度、运行速度和运行轨迹要求选择适合的位置控制单元(PCU)。磨削数控系统控制精度要求较高(F1μm),一般选择数字交流伺服系统。OMRON高端PLC专用高级指令控制脉冲输出,可选择梯形、S形或三角形速度曲线运行,实现定程、点动、返回原点和原点搜索等运动控制。程序设计可选择相对坐标系或绝对坐标系,按照图2所示的梯形图编程运行,可实现各种磨削加工所应遵循的运行曲线。图3表示该数控系统准确实现铁路轴承内套挡边粗、精、光磨削加工和3MZ2120磨床快进、快退几个阶段的速度控制和位置控制的运动轨迹。
2.4触摸屏人机界面设计
基于高端PLC的磨削数控系统可选用触摸屏人机界面(ProgrammableTer2minal,PT),采用组态工具软件和图形库(开关、灯、棒图等)以及动画功能等,按照磨削工艺流程要求进行系统操作界面设计。下面以3MZ2120磨削数控系统操作界面为例介绍设计过程和效果。根据磨削数控操作和显示的需要,该系统主界面下设8个子画面(图4)。系统上电自动进入主界面,核对操作密码后弹出主菜单,在主界面上点击操作可转移相应的子界面。加工参数和修整参数设置界面提供设置数控磨削相关参数提示;手动操作和手动修整界面用于快前、快退、慢前、慢退、返回等手动位置控制和手动修整砂作,为设备调试提供便利;自动报警界面利用触摸屏人机界面本身具有的报警功能设计,对油雾、液压系统、机床电器系统、料槽状态、冷却系统和伺服电机等实施监测和自动报警,当发生故障时触摸屏立刻弹出报警信息(报警时间、故障代码及应对措施等);自动运行界面(图5)采用棒图显示当前磨削余量值;采用动画方式实时显示加工状态和加工位置等。还设有“紧急停车”等应急按钮。PT有RS232/422/485通讯口,能够兼容众多厂家的PLC。人机界面应用程序可脱机编制和调试,然后下载到PT上运行,PLC一般通过RS232接口与PT相连。许多PT还配备并行接口,可直接与打印机连接,实时打印数据或进行屏幕拷贝。
2.5网络结构与联网功能灵活的网络结构和强大的联网功能是高端PLC的重要特征。OMRON高端PLC配有标准RS232接口连接触摸屏人机界面、上位机或编程工作站。还可扩展DeviceNet通信单元,使各种符合DeviceNet通信协议的产品都可以连入系统中,以构成基于DeviceNet开放式现场总线的数控系统;系统与车间管理层计算机及车间其它高端PLC的连接可以采用ControllerLink方式,在PLC中扩展ControllerLink通信单元,车间管理层计算机装备ControllerLink支持卡即可实现互连,由底层DeviceNet设备、基于高端PLC的数控系统或其它测控设备和车间管理层计算机构成3层递阶结构的网络测控系统。高端PLC一般都可配置符合TCP/IP协议标准的以太网单元,全面支持远程监控等应用。
数控系统论文范文2
在数控系统中，有时采用多台电机联动虚拟为一个坐标轴，来驱动机床坐标的运动。最常用的多电机驱动为同步(Synchronous)运动的形式，比如，要求两台以相同的速度和位移运动的电机带动齿轮与齿条啮合作为一个坐标轴运动。这样的坐标轴被称为“同步轴”，如图1。同步技术被广泛应用在数控技术中，比如大跨距龙门机床的龙门直线移动、大型三坐标测量机的双柱直线移动，为保持运动的均匀，都需要两个电机同步驱动。曲轴车床、曲轴磨床的双头工件夹持架，为保持加工时不扭搓工件，在作旋转运动时也必需同步。
图1同步轴
除此之外，为保证正确地加工出螺距相同的螺纹，车床在车螺纹时的主轴和进给轴必需同步。滚齿机的工作台的分齿运动与滚刀的运动在滚齿时也必需同步、刚性攻丝的Z轴进给与主轴同步等，但这种同步是指多个电机的运动速度、位移之间成一定的关系，而不是相等的关系，对这种同步运动，本文不予讨论。
实现同步一般有两种方法。一是机械同步：同步系统由机械装置组成。这种同步方法容易实现，但机械传动链复杂，传动件加工精度要求高，所需的零件多，难以更换传动比，且占用的空间大。二是电伺服同步：同步系统由控制器、电子调节器、功率放大器、伺服电机和机械传动箱等组成。所需机械传动链简单、调试方便、精度高、容易改变电子齿轮比。FANUC数控系统的电伺服同步功能对不同生产机械的要求可提供不同的配置，实现其同步要求。
在某些情况下，一个伺服电机驱动机械坐标轴转矩不够用，但改用一个更大的伺服电机又嫌体积或惯量过大，於是以两个伺服电机取代一个伺服电机驱动机床的坐标轴，这种坐标轴被称为串联轴，如图2所示。这样由於两个伺服电机以一个恒定的转矩相互作用，或者通过预加负荷，在机床内部减少间隙。这就是所谓串联控制(TandemControl)，是另一种多电机控制。
图2串联轴
同步控制的概念
在电伺服同步系统中，“同步”的概念是指系统中具有两个或两个以上由电子控制的伺服放大器和伺服电机组成的“控制对象”，其中一个为“主(Master)控制对象”，另外一个或多个为“从(Slave)控制对象”，控制量为机械的位移或速度(对旋转运动为转角或转速)。通过控制器使“从控制对象”和“主控制对象”的输出控制量保持一定的严格比例关系，这种运动系统称为同步系统。一般同步系统的输出控制量为位置和速度。前面所提到的“同步轴”，“主控制对象”与“从控制对象”的输出控制量相等。
为了简化讨论，同步系统中的控制装置可被简化为具有一个积分环节的位置系统，其框图如图3A所示。其中KV为简化後控制装置的位置控制器的开环增益，XC、XO为位置输入、输出；FC为速度指令，Δ为位置误差。KF为速度环增益，当KF》1时，可把速度环近似为1；於是该控制装置的开环增益变为KV/S，如图3B所示。
图3简化的控制装置框图
利用图3的控制装置可以组成两种同步系统：
自同步系统(ActiveSynchronousSystem)：该控制系统具有两个相同参数的控制装置和驱动电机，分别驱动主、从轴。控制器送出指令同时给主控制装置和从控制装置，经测量同步误差反馈给从控制装置的输入，用来校正同步的误差，以保证主、从的输出保持严格的比例关系，如图4A所示。
图4两种同步系统
A)自同步系统B)他同步系统
其中XAMO为自同步系统主控制装置的输出，XASO为自同步系统从控制装置的输出，由於从控制装置是数字控制的伺服系统，其输出跟随输入变化；也即从控制装置的输出可以自动跟随主控制装置的输出变化，故称它具有自同步能力。用C表示自同步能力：C＝¶ASO/¶XAMO(1)
他同步系统(PassiveSynchronousSystem)：在同步系统中，由控制器发出指令提供给主控制装置，同时也提供给从控制装置，用同样的指令控制主从装置使这两种控制装置的输出同步，如图4B所示。其中XPMO为他同步系统的主控制装置的输出，XPSO为他同步系统从控制装置的输出。这种同步系统如果由於某种原因，比如负载发生变化，主控制装置输出XPMO发生变化，从控制装置的输出不受控制，所以不能跟随其变化，即
C＝¶XPSO/¶XPMO＝0(2)
因此该系统缺乏自同步能力，被称为他同步系统。
自同步系统主要采用在要求主、从两轴有自同步能力的机械中，并要求从控制装置严格跟随主控制装置运动。
他同步系统主要应用在要求主、从控制装置的输出的位置和速度基本相同并且具有较小的误差的机械。比如大型龙门式双轴同步的驱动系统。除了上面提出的自、他同步系统外，还可以由这两种系统混合组成的混合系统。
FANUC数控系统具有两类不同的同步功能：
简易同步控制(SimpleSynchronousControl)：控制器发出坐标轴移动信号送给主、从控制装置和两伺服放大器，以控制伺服电机运动。系统不进行同步误差补偿，一般情况下不对同步误差发出警报信号。把主、从伺服电机看做一个坐标轴的运动。但在手动回零时，主、从伺服电机一起运动一直到减速开始动作，然後分别检测栅格，分别进行螺距补偿和间隙补偿。这种简易同步控制见图4B，是他同步控制系统，由於系统不进行同步误差补偿，根据式(2)可知，系统缺乏自同步能力，说明这种控制比较适合於主动轴与从动轴负载条件不太相同，或者主、从两轴对同步误差没有特别要求，而又要求同步运动工作的情况。简易同步控制简单，容易实现；用软件也很方便实现，在数控系统中得到了广泛的应用。
同步控制(SynchronousControl)：控制器发出主动轴移动的信号同时送给从动轴，於是，主、从具有相同的路径。同时移动过程中不断检测同步误差，并向从动侧输出补偿指令。如图4A所说明，这种控制是一种自同步控制系统，由於系统不断向从动侧输出补偿指令，设主、从控制器的增益为k1、k2，且k1＝k2；那么根据式(1)可以推出，C＝¶XSAO/¶XAMO＝1，因此系统具有较好的同步能力。比较适合主动轴与从动轴间的转矩干涉较少的机械，但主动轴与从动轴间刚性较低。
对於长行程的同步轴，由於测量尺的绝对精度(误差)和热膨胀可能发生扭搓，在这样的情况下，同步轴的主、辅电机互相拉，由此如果电机流过大电流，电机可能过热，这主要是测量的位置误差所致。螺距补偿可以补偿测量尺的误差，但不能补偿因温度变化而产生的热膨胀误差。在此情况下，FANUC数控系统采用同步轴的自动补偿法进行补偿，该功能检测主、从轴的转矩差值并把这差值用来校正从动轴的位置以减少转矩误差。如图5所示。
图5同步轴自动补偿
串联控制的概念
串联控制的概念与电机的串联工作相似，以直流伺服电机为例，假定图6为两个相同参数的伺服电机串联在一起，电源电压为U，如果两个伺服电机所承受的负载一样，那麽，两个电机的反电势相等。如果M1电机承受较大的负载，电机的电流就会加大，流过电机M2的电流增大，M2的输出转矩也会加大，电机也加速。如果M1电机承受较大的负载而使电机速度有降低的趋势，那麽，由於M1速度降低，M2将施加较大的电压，因而也使M2反电势加大，其速度有增大的趋势，抵消M1的速度降落，使两个电机转矩相等，速度相等达到平衡。这类串联控制在机床驱动领域很早就得到了应用，如龙门刨床的刨台运动。对於大型机械的控制，在一个伺服电机的转矩不足以移动工作台时，往往采用两个电机。FANUC数控系统串联控制的两个电机，分别称为主(Main)电机和辅(Sub)电机；以区别於同步控制中的主(Master)电机和从(Slave)电机。以上利用两个电机说明了对串联控制的原理。
图6串联工作的电机
实际FANUC数控系统串联控制功能工作原理见图7。它是由数字伺服控制来实现。对於大型工作台的负荷，如果一个电机的转矩带不动，或者一个电机的惯量太大，那麽可以用两个电机代替，由软件控制给主和辅电机相同的转矩指令。於是可以把它当作一个“串联轴”进行处理，这就构成了串联控制。一般速度反馈从主电机反馈，如果机械具有较大的间隙，并且辅电机的移动在间隙之内，速度控制就进行不了，且机械会发生大的冲击。为了防止这种现象发生，把主、辅电机速度的平均值作为速度反馈值比较合理。
应该注意，同步控制是以同样的位置指令同时送给主轴和从轴；而串联控制是以同样的转矩指令同时送给主轴和辅轴。
图7串联控制原理
预加负荷与间隙的消除
一般来说，具有大齿轮降速比的机械，总存在机械间隙量。为了减少主、辅轴间的间隙，经常采用预加负荷的方法减少间隙。FANUC数控系统在串联控制时，可以加一个固定的预负荷到主、辅电机的转矩指令上。那麽相反方向的转矩可以一直维持主、辅电机的张力。在串联控制时，预加负荷可以很容易去除齿轮、齿条这样的机构主轴与辅轴间的间隙。不过这种预负荷并不能降低滚珠丝杆和工作台间的间隙。如图8所示，当预加负荷的机械在加速、减速时，主、辅电机产生相同方向的转矩，串联控制系统工作在负荷均分的工作方式，像图8的2和3；
图8预负荷的功能
当它在常速运行的情况，系统的工作取决於摩擦力与预负荷的情况，工作在负荷均分或者反间隙的工作方式。在预负荷大於摩擦力时，工作在反间隙的状态；在摩擦力大於预负荷时，工作在负荷均分的状态；当系统的进给停止时，这时预负荷在主、辅轴间产生张力，系统工作在反间隙的工作方式。根据上面的分析，可以合理选择预负荷的特性而保证在传动过程中消除间隙。
应用
上文已说明，多电机可采用同步轴和串联轴虚拟为一个数控坐标轴；那么什么情况下采用同步轴？什麽情况采用串联轴呢？串联控制主要用在下列场合：
一个驱动电机转矩不够，可用两个较小的驱动电机代替；
数控系统论文范文3
工作的开展都离不开对数控机床的控制原理的应用，数控机床是一种高度自由化的机床，相对于普通的机床其加工表面形式及方法是协调的。最根本的不同就是在自动化控制原理及方法的应用上。数控机床需要进行数字化信息的控制应用，这涉及到与加工零件相关的信息。也就是工件及刀具的相对运动轨迹的尺寸参数的应用。这些工作的开展，都离不开切削加工工艺参数的应用，其主要涉及到主运动及进给运动速度的协调，通过各种辅的操作，保证各种加工信息的协调，实现了规定文字、数字、符合等代码的应用，按照一定的格式需要进行程序的编写，这就需要进行加工程序的应用，进行控制介质的输入，保证数控装置的良好应用。这些工作的开展，都要进行数控装置的分析及处理，进行相关加工程序信号及指令，从而实现数控机床的加工。这就需要遵循相关的数控机床控制原理，进行数控机床的系统的协调，保证其功能的实现。
2数控机床组成及其优化设计方案
为了提升工程的效益，进行数控机床体系的健全是必要的，这需要针对数控机床应用过程中的各种问题进行分析，比如进行数控机床构成、程序编制等的分析，进行程序载体等的分析，保证数控机床自动加工零件的良好应用。这离不开良好的加工零件的工艺分析，保证零件坐标的基础坐标体系的相对位置优化。通过对机床及其零件的安装位置的协调，更有利于提升刀具及零件的效益，保证其满足尺寸参数的应用需要。这就需要实现机床安装位置及零件的协调，保证刀具及零件的良好协调性，满足尺寸参数的应用需要，这离不开零件加工工艺体系的健全，实现其加工顺序的协调性，实现切削加工工艺参数的健全，保证辅助装置的良好工作。在数控机床的应用过程中，为提升工作效益，进行数控代码体系的健全是必要的，这涉及到电脉冲信号模式的应用，将其进行数控装置的有效应用，做好数控装置及强电控制装置的协调工作，这是数控机床良好工作的核心，从而进行输出位置的脉冲信号的回馈。当然，这也需要进行数控装置系统软件的应用，做好逻辑电路的编译工作。进行相关机床部分的控制，需要做好规定运算及其相关的逻辑处理，进行有关信号及其动作的协调。这离不开驱动系统及位置检测装置环节的应用，保证伺服驱动系统体系的健全，实现驱动装置的良好设置，从而满足数控机床的进给系统分析。在这个环节中，机床的机械部分也扮演着重要的地位，数控机床的应用部分是非常多的，比如主运动部件、进给运动执行部件，比较常见的应用方式是工作台、拖板及传动部件，这些都是实现支撑性工作的关键，为了提升工作效益，进行相关工作步骤的冷却是必要的，需要保证辅助装置的协调。在数控系统的优化方案中，做好硬件部分的控制是必要的。数控铣床系统需要进行铣床专用数控器的应用，满足半闭环数数控系统的工作要求，在基本结构优化过程中，进行机床本体、铣床专用数据器等的协调是必要的。在其系统硬件的应用过程中，需要做好铣床专用数控器的应用，做好信号板的控制工作，进行交流伺服驱动器如交流伺服电机的应用，从而实现无刷直流电机及无刷直流电机驱动器的应用，以满足实际工作的要求，其中也涉及到很多的工作步骤要求。
在数控系统操作过程中，做好软件设计的工作是必要的，从而落实好铣床专用数控器的应用方案，保证数控铣床的系统效益的提升，这里我们也要进行铣床专用数控器参数的设置，针对其应用程序，做好编辑输入工作，满足程序设计的诸多要求，按照其具体指令完成规定工作。在参数设置过程中，需要应用到相关的参数设置方法，保证参数修改模式的更新应用，做好参数修改效益的应用工作。需要进行分辨率情况的分析，认真的做好分析，更有利于进行机械轴向转动装置的应用，实现伺服电机回授脉波数的正常应用。这离不开工作台的良好设计，保证不同工厂的设置优化，保证伺服马达的良好安装，从而满足工作台的工作需要，实现参数的良好设定，进行工作台方向的修正。进行数控铣床的实际情况的不同轴电机旋转方向的控制，满足当下马达旋转方向的设定要求。在这个阶段中，需要实现不同轴的最高进给速度的控制，针对数控铣床的应用趋势，保证不同轴的行距的控制，进行过高速度的控制，从而有效应对其冲击情况，保证电机工作的良好开展。这些工作的协调，离不开各轴的最高进给速度的控制，满足不同轴向的进给速度控制需要。在这些工作的优化过程中，进行程序的选择是必要的，这里可以进行H4C-M铣床专用数控器的应用，在这些程序工作过程中，可以进行相关程序编辑及执行工作。在其程序选择过程中，可以进行编辑及程序选择，进入程序选择模式，通过对输入键及选取键的选择，以满足当下工作的开展。在实际操作中，进行程序的画面选择也是必要的，从而满足旧程序的应用需要，在旧程序的修改及应用中，需要针对不同情况，进行工作方式的协调，进行指令的增加或者修改，保证程序语句区的良好操作，保证其所增加指令的单节的移动。在数据输入区进行相关指令字数的添加或修改。在程序语句区，需要将光标移动到所删除指令中，在数据输入区，需要进行相关指令所需字母的输入。在程序语句区，可以进行单节的插入，将其光标进行所需单节程序的插入。在数据输入区，可以进行插入单节的第一个指令的字母或者是数字，再进行输入键的按下。从而保证单节的删除。在程序语句区，需要将光标移动到需要删除的单节处，再进行删除键的按下。在数控系统的应用过程中，进行机械部分的分析是必要的，从而进行机床本身误差及其所需要加工零件精度的分析，更好地落实好机床的误差补偿控制。在数控铣床的工作应用中，进行数控技术、电子技术等的协调是必要的，这需要满足机床设计的诸多理论，保证数控机床的加工工作，从而满足机械设计制造的工作要求。为了实际工作的要求，需要协调好机械设计及自动化应用方向。
3结束语
数控系统论文范文4
WindowsCE是微软公司开发的一个开放、可升级的32位嵌入式操作系统。与Windows95/98、WindowsNT不同的是，WindowsCE是所有源代码全部由微软自行开发的嵌入式新型操作系统、其操作界面虽来源于Windows95/98，但WindowsCE是基于Win32API重新开发的、新型的信息设备平台。WindowsCE具有模块化、结构化和基于Win32应用程序接口以及与处理器无关等特点[1]。微软在2002年推出了新一代后，其性能有了更进一步的提高，支持蓝牙技术、支持TCP/IPv6，并在实时多任务控制领域得到了成功的应用[2]。相对于DOS，是运行于保护模式的多线程32位操作系统，特别适合数控系统的多任务并行机制，而它的内存保护功能对于数控系统的稳定性具有重要意义：相对Windows桌面操作系统，是嵌入式实时操作系统，其独特体系结构和运行机制使其能够快速响应外部中断触发，并调度相关应用程序进行处理[3]，因此它可以满足数控系统的实时性要求。是一个实时操作系统，它提供了实时开发所需的重要技术，其中包括:
(1)256级线程优先权为在嵌入式系统内控制
线程时序提供更大的灵活性。
(2)中断嵌套允许更高优先级的中断立刻被执行而不必等到较低优先级的中断服务程序执行完毕。内核能嵌套CPU所支持的全部数量的中断服务程序。
(3)每一线程的时间片允许应用程序在多线程原则上设置时间片，这就意味着能够使调度程序适应应用程序的当前要求。
(4)优先权倒置是指当两个线程竞争同一个资源时，资源被低优先级的线程占用而拖延了高优先级线程的执行的情形。为了纠正这种情形并释放高优先级的线程，WindowsCE允许低优先级线程继承更加紧急的线程优先级并且以更高的优先级来运行直到它释放它所占用的资源。
1.WindowsCE系统开发平台的定制
为了使用户可以方便的将WindowsCE转向一个新的硬件平台，微软提供了完整的开发工具platformbuilder4.2，它包括了一些必需的工具，以便开发人员可以为组件化的操作系统版本创建特定平台的软件开发包(SDK)。平台向导(PlatformWizard)允许开发人员根据将要创建设备的类型简便快捷地建立新的平台，参见图1。
要创建一个基于的操作系统平台，必须经过下面几个步骤:①选择一个标准的开发板(SDB)来创建WindowsCE平台。②使用平台向导(PlatformWizard)中备选的设备及目录中所列举的特征对平台进行定制。③Build并生成镜像文件(im2age)。④将平台下载到目标设备，调试平台。⑤平台创建完毕，输出软件开发工具包(SDK)。
定制平台时，用户可以开发自己的OEM硬件适配层(OAL)，OAL是处于WindowsCE系统内核与目标设备硬件之间，用来抽象硬件功能的连接层，实现操作系统的可移植性。OEM硬件适配层分为OEM抽象层和设备驱动程序两部分。
硬件开发平台是用于模拟嵌入式系统设备的目标设备，可用于开发、调试和验证定制平台的性能。Plat2formBuilder支持基于PC机的硬件开发平台(CEPC)，CEPC是最灵活的WindowsCE设备，很适用于嵌入式系统的开发调试阶段。
2.开放式激光切割机数控系统的总体设计和实现
2.1数控激光切割机的组成
数控激光切割机由激光切割机主机、CO2激光器、水冷机、外光路系统、数控系统及自动编程软件等组成[4](见图2)。其中激光器及外光路系统是数控激光切割机的关键配套部件，其性能指标将直接影响激光切割板材的切割质量，而激光切割机主机则是实现激光进行优质切割的载体。所以，对数控激光切割机主机的开发设计显得尤为重要。
2.2基于工业PC机的开放式数控系统的分析与构造
随着近年来计算机技术的发展，工业PC机和模块化的集成电路逐渐进入数控领域，PC机以其特有的开放性成为开放式数控系统的基础，它丰富了数控系统的硬、软件资源，有利于实现总线式、模块化、开放化的数控系统，该系统利用流行的操作系统平台作支撑，采用标准的应用开发环境，具有较好的互操作性、移植性、互换性和伸缩性，展现了良好的开放性能，同时又具有方便、灵活的特点。同时充分利用WindowsCE强大的图形界面功能、多线程机制和多媒体定时器来解决数控软件的实时多任务处理能力，其良好的软硬件兼容能力能够实现建立在标准总线基础上的模块化开放式数控系统。开放式数控系统可采用分层的体系结构，如图3所示。各层之间实现隔离，层与层之间通过标准的接口进行通讯，实现了开放式控制系统应有的分层体系结构，使数控软件易于组装、扩充和维护。第一层为管理层。它是系统的界面部分，可完成系统的管理、显示、诊断和监控。通过响应状态选择控件产生的不同消息来进行不同界面之间的切换，其调用操作由操作系统管理完成。
第二层为功能单元层。它是系统的控制部分，包括代码生成、编译解释、插补运算和运动控制，I/O处理和数据采集等，是相对独立的功能单元。它们之间通过在软件中建立的多个数据缓冲器来进行大量的数据交换。译码可将数控指令解释成为系统内部的数据格式，插补运算完成数据插补产生加工数据、速度处理和辅助功能设备控制。运动控制程序完成位置伺服的控制。I/O信号处理模块接收各种按键的输入，转化为程序变量或系统消息以供操作。数据采集模块负责采集各运动轴的信息和A/D信号，用于实现数据实时显示、实时控制等功能。
第三层为支撑层，包括运动控制卡、运动控制器的设备驱动程序、I/O卡和工业PC机。
2.3开放式数控系统的硬件结构
3.数控系统软件的设计与实现
3.1基于WindowsCE的数控系统软件的总体结构
在已有的同类数控系统中，大多数系统是基于DOS环境的，其综合性能相对于Windows环境就弱一些，尤其是人机交互界面、多任务以及开放性方面比较差。主从计算机间的实时信息交换通讯是实现上下位机间协调工作的关键。本数控系统在实时性要求方面与机器人控制相似，如果使用Windows中专用的定时器控件Timer，虽然使用很方便，可以实现一定的定时功能，但最小计时精度仅为55ms，且定时器消息在多任务操作系统中的优先级很低，不能得到及时响应，无法满足实时控制环境下的应用。所以考虑使用精度更高的多媒体定时器，它可以实现精度为1ms的高精度定时，可以满足本系统的实时性要求。多媒体定时器不依赖于消息机制，而是由函数TimerSetEvent()产生一个独立的线程，在一定的中断次数到达后，直接调用预先设置好的回调函数进行处理，而不必等到应用程序的消息队列为空。因而设置该回调函数来完成周期扫描I/O卡的输入端口，以及向系统定时发送消息，使其及时更新界面和界面中的数据。为提高系统的可靠性，多媒体定时器在整个控制程序初始化时开启，并在系统退出时删除定时器以释放系统资源。每一个Windows应用程序都是一个进程，并由线程来负责执行包含在进程地址空间中的代码。实际上，每个进程可以拥有多个线程，它们在进程的地址空间中“同时地”执行代码。本数控系统软件中，采用了前后台型的多线程结构形式。前台程序由系统主线程和定时器控制，主要完成界面管理、功能控制、系统管理等，并负责响应按键与界面输入的数据，即实现管理层的功能。后台程序放在辅助线程中，负责进行数控代码的编译处理，向PMAC发送命令以及实时数据采集，实现了控制层的功能。
3.2G代码转换模块的实现
为了使PMAC控制卡兼容G代码指令，专门开发了G代码编译转换模块，大大提高该控制系统的开放性和兼容性，为熟悉G代码编程的用户提供了方便。本编译模块使用了多线程的方法。多线程的应用使程序的并行处理得以实现，多线程使得不同的代码可以“同时”执行。本模块采用了工作者线程，其适用于处理后台任务，而不影响用户对应用程序的使用。工作者线程仅仅由一个函数体实现，其实现简单，便于编程者控制，与事件同步方法相配合能对中止消息做出较快反应。事件同步是通过将事件自身设置为有信号或无信号来通知其它线程的某一操作已完成或尚未完成，其设置可由编程人员手工完成，适合于工控程序应用。
与之相对应，本模块具有一个主线程和两个子线程，其中一个子线程为通信线程，另一个为计算线程。主线程是Windows下每个应用程序都具备的，负责线程间的同步、向计算线程和通信线程传递参数、管理人机界面、接收用户输入等功能。通信线程通过通信端口(本程序涉及的是PCI接口)负责与下端的设备进行通信并交换数据。计算线程负责核心算法的实现，根据系统的不同完成不同的数据处理任务。程序结构如图5。
数控系统论文范文5
企业统计的目的是为企业经营决策管理提供统计信息。在市场经济条件下，企业经营决策极具风险性，风险产生于不确定性并由不确定性程度决定风险的大小，而不确定性又与信息的准确和及时程度直接相关，信息愈准确及时，不确定性愈低，反之，亦然。所以，准确性和及时性是对统计资料的两项基本要求。其中，准确性的要求是第一位的，是统计工作的生命。它确定着统计资料是否有效和价值的高低，是衡量统计数据质量的根本标志。准确可靠的统计数据，便于决策和管理者正确地把握形势，客观地剖析问题，从而作出科学的决策。反之，有水分的、失实的统计数据，相互矛盾的统计数据，给决策者以错误的信号，将会误导决策和调控，对企业的发展将会造成重大损失。因此，统计工作者必须以对本职工作高度负责的精神，以统计数据为对象，以消除统计数据的差错为目标，千方百计搞准统计数据，达到强化统计数据质量控制的目的。
二、常见的统计数据质量问题及分析
（一）、数据虚假
这是最常见的统计数据质量问题，也是危害最为严重的数据质量问题。这类统计数据完全是虚构的杜撰的，毫无事实根据。造成统计数据虚假的因素多种多样，比如，有意虚报，瞒报统计数据资料，指标制定不严密，统计制度不完善，不配套等。
（二）、拼凑的数据
这种数据是把不同地点，不同条件，不同性质的数据在收集、加工、传递过程中，人为地拼凑成同一时间、地点、条件和性质下的同一数据。这种东拼西凑的数据，虽然分别有事实根据，但是从整体上看数据是不符合事实的，其性质与数据虚构相同。
（三）、指标数值背离指标原意
这是由于对指标的理解不准确，或者是因为指标含义模糊，指标计算的随意性大等原因造成的数据质量问题，表现为收集整理的统计数据不是所要求的统计内容，数据与指标原意出现走样，面目全非。
（四）、数据的逻辑性错误
这是指统计资料的排列不合逻辑，各个数据、项目之间相互矛盾。例如，企业卷烟库存商品中主要的组成部分是省产烟、省外烟、国外烟，如果企业报送的统计资料中，卷烟库存商品总金额显著下降，而省产烟库存金额大幅度上升，省外烟和国外烟库存金额只是持平或只有小幅度的下降，这就存在矛盾，表明数据有逻辑性错误。
（五）、数据的非同一性
它是指同一个指标在不同时期的统计范围、口径、内容、方法、单位和价格上有差别而造成的数据的不可比性。例如，2003年的统计资料中不含税价在30元以上的卷烟为一类卷烟，而在2004年的统计资料中，不含税价50元以上的卷烟为一类卷烟，如果在此基础上来比较两年的一类卷烟的销售量，而得出一类卷烟销售量大幅度下降的结论显然是不合理的。
（六）、数据不完整
这里指调查单位出现遗漏，所列项目的资料没有搜集齐全，不符合统计资料完整性的要求。数据不完整，就不可能反映研究对象的全貌和正确认识现象总体特征，最终也就难以对现象变化的规律性做出明确的判断，甚至会得出错误的结论。
（七）、统计手段和统计分析落后
目前许多企业统计工作仍处于手工状态，很原始！即使采用计算机也仅仅是减少工作量去做一些汇总、指标计算，并没真正引用先进的计算机技术和网络技术。所做的统计分析也局限于事后分析，即对统计数据进行单纯的讲解说明；不能利用网络技术实行信息共享等方式进行事前分析和预测。换句话说，“统计预测”这一职能根本没有发挥作用，缺乏对信息的收集、综合和系统化。
此外，常见的统计数据问题还有计算错误、笔误等。
可见，统计数据质量问题既可能是来自于设计阶段，也可能是来自于统计资料的整理阶段。
三、统计数据质量控制方法
（一）、统计数据质量控制的原则应当是全过程的、全员参加的、以预防为主的数据质量控制。
首先，统计数据质量控制要贯穿于统计工作的全过程。每进行一步，都要对已完成的工作进行检查、对已发生的差错及时进行纠正，做到层层把关，防止差错流入下一个工作环节，以保证统计数据的质量。其次，参加统计数据质量管理和控制的人员应当是全面的。全体统计工作者都要树立数据质量意识，各个主要的工作环节都要落实专人负责。统计数据质量的好坏，是许多工作和许多统计工作环节质量的综合反映，牵涉到统计工作的所有部门和人员，因此，提高数据质量需要依靠所有统计工作者的共同努力，决不是单纯靠某一个部门或少数人所能搞得好、抓得了的。只有人人关心数据质量，大家都对数据质量高度负责，产生优质的统计数据才有坚实的群众基础。因而，统计数据质量控制要求把差错消灭在它的形成过程中，做到防检结合，以防为主。这就要求有关人员在质量控制中具有超前意识，抛弃那种出现了统计数据问题才想办法解决问题的被动的局面。
实行全员性的质量控制，就要把统计数据质量目标及其关键交给广大统计工作者，落实到每个工作岗位，使每个岗位都有明确的工作质量标准，做到合理分工、职责明确，职责越明确，数据质量控制就越有保证。
（二）、统计设计阶段的质量控制
统计设计是统计工作的首要环节，统计数据质量的好坏，首先决定于这个过程，它是提高统计数据质量的前提。如果设计过程的工作质量不好，就会给统计数据质量留下许多后遗症。设计过程的质量控制需要抓好以下几项工作：
1、正确规定统计数据质量标准。数据质量标准是指根据不同的统计目的对统计数据精度所提出的要求。满足统计目的精度的统计数据就是准确的，高质量的统计数据。首先要作充分的调查，系统地收集市场和用户对统计数据的反映和实际使用效果的情况；其次要分析研究过去统计数据的主要质量问题，找准统计数据质量控制的主攻方向；最后要进行反复论证，考虑到统计工作中实际能够达到的水平。
2、合理设计统计指标体系及其计算方法。
统计指标设计得是否合理，也是影响统计数据质量的因素之一。采用统计报表搜集资料，首先要实行标准化管理，制定的指标要符合统计制度的规定，范围要全，分组要准，指标涵义的解释和计算方法要精确；其次要对统计报表的设计、颁发、填制、汇总的全过程实行全面质量管理。
（三）、资料整理鉴别阶段的质量控制
统计资料整理鉴别阶段出现的差错是统计数据质量问题的重要方面。如果资料不准确，就会影响结论的正确。因此，要特别注意审查资料的可靠性和适用性，要弄清楚统计指标的口径范围、计算方法和时期时点。对于口径不一致或不完整的资料，需要进行调整、补充；对于相互比较的资料，必须要注意有无可比性；一旦发现数据有严重的质量问题，应进行核实，避免有质量问题的资料进入汇总处理阶段。总之，对搜集到的资料，经过鉴别推敲、核实审定、使之准确无误，才能使统计数据的质量得到保证。
（四）、人为错误的质量控制
1、尽可能采用计算机处理统计资料，同时提高统计分析水平。
计算机作为当今社会不可缺少的高科技产物已渗透到我们生活、工作中的各个环节。运用计算机整理、汇总统计资料，速度快、效果好，其优越性是手工整理无可比拟的。现在国内大部分著名企业基本上实行网络化、全球化，利用网络资源了解世界先进行业信息，采用科学先进的统计分析方法和手段，进行横向、纵向对比，找差距挖潜力，努力赶超世界先进企业。要能够写出有一定深度的统计分析预测报告，系统、全面、科学地去挖掘利用网络资源和从市场取得的第一手资料，完善整个分析、预测手段方法和过程。但是，也应重视计算机处理数据的质量问题，提高计算机数据处理的关键在于提高录入数据的可靠性。
2、统计工作者本身应提高自身素质。
统计人员没有深厚的专业知识和丰富的实际工作经验，没有跟上时代及时进行知识更新，不善于统计调查获取第一手资料，写不出有一定深度关于本企业某一方面对决策层有参考价值的统计分析报告。因此，对统计人员应该加强培训工作，企业内部应建立配套的培训机制，对每一层次统计岗位实施针对性的培训，必要时到企业外请有关专家学者授课，或到相关先进单位进行考察学习，做到取长补短。统计工作者本身也应该努力学习统计知识，钻研业务，不断提高统计业务素质和水平，杜绝因业务不熟悉而造成的数据质量问题。
3、加强对统计人员的职业道德培训。
目前，上级部门下达计划和各类政绩考核对统计数据干扰不可低估。有些地方，以是否完成计划和各类数据的高低作为考核地方政绩的依据，导致很多下级部门所报的统计数据高于计划数或持平，这并不是计划部门的计划多么精确合理，而是说明某些统计对象或统计部门受某种利益的驱动而使统计数据的质量得不到保障。当然，数据不真实、不准确的原因是多方面的，其中统计人员的思想道德对统计数据的影响是很大的。这就要求我们加强对统计人员的思想品德和职业道德教育，要求每一个统计工作者必须坚持实事求是的工作作风，认真对待每一个统计数据，如实地反映情况。
4、加大统计执法力度，保证源头数据的准确性。
统计部门今后应在加强统计信息工程建设的基础上从数据采集的圈子中跳出来，重点加大统计执法检查，对弄虚作假的单位要坚决严肃查处。在立法上，罚款数额应该大幅增加，以威慑统计违法者，逐步建立全社会的统计诚信体系。
数控系统论文范文6
【关键词】温度控制；热计量供热系统；节能技术对策
供暖体制改革越来越多地受到重视，与供热收费改革密切相关、互为充分的必要条件就是温度控制与热量计量的发展问题，这是节能与环保事业发展的必然要求。在这样的背景下，计量与温控技术得到了快速发展。本文针对温控计量节能技术相关问题及对策进行阐述。
1.应用先进的温度控制与热计量技术，实现供热节能
以我国供暖现状，采暖能耗指标是同类气候条件下发达国家的3-5倍，而且供暖效果也远远不如，能耗大量浪费的原因中固然有百姓用户节能意识淡薄、收费体制不能刺激节能，但主要的原因还是因为我们设计、施工与运行管理的落后。笔者认为正确的做法是温控与热量并重，相辅相成，甚至温控更加重要。供热单位先提高自身水平，提高室内热舒适度，也就是提高服务质量，再合理地向用户收费，促节能事业发展。
2.户内系统和户外系统相结合，减少能耗
目前有一种趋势：认为讲温控就是要在室内安装温度控制阀，讲计量就是在户内安装热量表，至于户外控制就可以不被重视了。温控与计量是不是只要针对户内系统，户外就可以忽视呢？对于一个户内控制设备完善的系统（安装了温控阀和热量表），如果没有相应的户外控制，很难保证户内设备正常地工作。如果户外水力失调严重，温控阀不能工作在正常工况下，压头大就会频繁地开关甚至产生噪音，压头太小会始终常开而室内温度不足；热量表也可能工作在额定之外的流量下，测量不准确。如果外网不能根据户内工况变化相应调节，如：水泵不能变频、压差不能稳定的情况下，水泵、锅炉或换热器的效率也不能保证。如果户内采取了节能手段，而户外没有配合措施，一方面会引起管网水力热力工况的失调，另一方面室内节省的能量不能体现在热源的节能上，节能这一根本目的就没有实现。所以我们认为好的户内控制一定要与户外控制相结合。
随着先进计量、控制设备不断应用于系统中，分户计量供热系统逐步在我国发展起来。从用能的角度看分户计量供热的技术能够有效利用自由热，提倡用户的行为调节，以减少能耗；另一方面，从用户出发它能够提高室内热环境的舒适性。在散热器上安装温控阀为实现这些目标提供了有效手段。当温控阀被设定在某一值时，它可以通过感温包测量室内温度，实时调节散热器流量以符合设定值。如果热网的运行工况可以最大限度的满足各个用户的需求，那么温控阀控制的散热器供暖房间温度就不会出现过冷过热的情形。但是舒适度因人因时而异，提高用户的舒适程度不仅要求在设计温度18℃时保持室温仅有微小的波动，而且应该尽可能的满足用户希望提高室内温度的要求。
3.温控计量与集中供热系统相适应，提高节能效率
我们采取“拿来主义”来消化学习国外的温控计量技术，包括消化和应用国外的产品，但是外来的产品并不适应我国的现有系统，除了水质问题和管理问题外，还有许技术问题。如：系统末端压差、系统规模大小、设备工作环境等都存在很大的不同，不做任何改变就应用在一起很难得到正常的效果。如有的示范工程，产品应用效果不好，出现一些问题，厂家就提出要彻底地改变中国的供热系统，殊不知，对中国这一巨大规模的供热体系，改变是一个渐进的过程，需要一定的时间，不可能一蹴而就。谁应该去适应谁并不存在一个分明的界限，但是合理的寻求结合点，花最小的投入去获得最大的回报，这个工作非常重要。
4.热计量方法
目前，按户计量热量使用的方法基本有以下3 种：
一是直接测定用户从供暖系统中用热量。该方法需对入户系统的流量及供回水温度进行测量，采用的仪表为热量表。该方法的特点是：原理准确，但价格较贵，安装复杂，并且在小流量时，计量误差较大。目前在法国、瑞典等国应用较多。
二是通过测定用户散热设备的散热量来确定用热量。该方法是利用散热器平均温度与室内温度差值的函数关系来确定散热器的散热量。该方法采用的仪表为热量分配表，常用的有蒸发式和电子式2 种。蒸发式热分配表的特点是价格较低，安装方便，但计量准确性较差；电子式热量分配表的特点是计量较准确、方便，价格比蒸发式热分配表高，并且可在户外读值。
三是通过测定用户的热负荷来确定用热量。该方法是测定室内外温度并对供暖季内的室内外温差累积求和，然后乘以房间常数（如体积热指标等）来确定收费。该方法采用的仪表为测温仪表，但有时将记忆散热器温控阀的设定温度作典型室内温度，而将某一基准温度作室外温度。该方法的特点是：安装容易，价格较低。但由于遵循相同舒适度缴纳相同热费的原则，用户的热费只与设定的或测得的室温有关，而与实际用热量无关，因此，开窗等浪费能源的现象无法约束，不利于节能。目前美国和法国有所使用。
5.实施换热站监控系统应用
换热站监控中心（MCC）是整个监控系统的中枢神经，具有整体协调、远程控制和调度功能。它将采集现场过程的数据，通过通讯网络（WAN）这条连接各换热站与监控中心的桥梁和纽带，对数据进行传输。换热站监控中心（MMC）实现对换热站的监测、控制、管网分析、故障诊断、报警、报表、打印、历史数据处理、趋势显示等功能，并且对各个换热站的设备参数进行远程下载与控制，以确保热网高效经济运行。其中控制中心还具有数据库检索与分析功能，调度中心把各换热站采集来的数据存入历史数据库，数据库除供历史报表打印、数据终端检索外，还要定期或不定期进行数据分析。
我公司换热站监控系统现场采集和显示的数据有：室外温度、换热机组一、二次侧供回水温度、压力，补水流量、软化水箱及污水池的水位，地面液位信号、循环泵、补水泵的运行状态、调节阀开度、温度报警等，以上信号在监控中心都可以实时监视，并且可以对循环泵、补水泵、排污泵、电动调节阀等运行状态进行实时控制。
换热站监控中心可采集现场数据、实现对换热站的监测和控制，管网分析、故障诊断、巡检人员的考勤情况、打印报表、历史数据处理、趋势显示、实时参数、历史数据在网上给授权用户等功能，以及对各换热站设备参数进行远传下载与控制，热网监控中心可实现循环泵、补水泵、排污泵的启停等控制，以确保高效经济运行。
实施换热站监控系统有两个主要特点：一是实施热网监控避免了热量在输送环节中的浪费；二是实施热网监控室温容易控制，控制手段有自动恒温控主动调节控制，避免了温度失调、利用了自由热、实现了经济运行，而传统的集中供热就难以实现这些控制。新型的集中供暖系统采用了温控与热计量技术，就可以提高效率、减少浪费、增加控手段，就可以与新型采暖方式同等竞争，夺回价格优势，争取市场份额。 [科]
【参考文献】
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