您正在看的机械制造论文是:嵌入８４０Ｄ数控系统式无空程防冲撞系统设计。

　　[摘要]通过对目前流行的两种无空程防冲撞装置优缺点的具体分析比较并最终得出结论，嵌入840D数控系统式无空程防冲撞系统在技术上和经济上是完全可行的，其将成为一种发展趋势，并将最终替代分立式无空程防冲撞系统。

　　[关键词]嵌入式 840D数控系统 MOTOR LOAD CONTROLS AEMS

　　840D是目前几种比较流行的开放的高精度数控系统之一，无空程防冲撞更是当前机加工行业一个比较热门的话题，据统计90%的高效专用磨床用户都会要求磨床控制系统具有无空程防冲撞功能，甚至部分通用磨床用户也开始有此要求。有鉴于此，下面本文就针对该话题作进一步分析。

　　一、当前流行的两种无空程防冲撞系统简介

　　(一)MOTORLOADCONTROLS

　　MOTORLOADCONTROLS是一种专门用于检测各种马达实时功率并给出相应控制信号的检测系统，它可配合主控系统完成在线即时控制功能。一方面它可在一定程度上防止由于机床操作人员误操作而引起的人身安全及设备安全问题;另一方面它可以提高生产效率并最终提高经济效益。

　　它的工作原理框图如图1所示：

　　(二)AEMS

　　AEMS是在动平衡仪系统的基础上(声纳信号式磨削加工动态智能监控系统和动平衡仪控制系统共用一块主板、一个显示器及控制参数输入装置，采用多通道分时处理方式完成控制功能)新开发出来的新型检测系统。它是采用加工过程中产生的特定频带的声纳信号作为检测对象，通过特定滤波装置及算法得出相应控制信号参与磨床磨削加工控制过程。其工作过程由板载计算机负责全部滤波、控制、显示算法的执行，原理框图如图2所示：

　　二、以上两种系统分别与840D数控系统构成的控制系统原理框图如图3：

　　三、嵌入840D数控系统式无空程防冲撞系统的设计构想

　　(一)840D数控系统系统工作原理解析

　　众所周知840D系统是基于Windows XP多任务操作系统的高度开放的数控系统。其MMC本身就是一台可以运行于工业环境的计算机，西门子公司为用户预留接口，用户可通过PCI/ISA adapter连接2个标准的PCI接口设备或标准的ISA接口设备;其HMI软件系统(Human machine interface即人机接口)是运行于XP系统的专用上位数控控制系统。同时西门子公司针对高级用户提供了开放的OEM版HMI Programming Package软件包，它为用户提供了丰富的接口功能，用户可以通过编制专用程序完成特定的控制功能;另外其NCK部分、S7-PLC及运动控制部分用户可以不用知道其工作过程，该部分控制全部由数控系统本身完成。

　　(二)嵌入840D数控系统式无空程防冲撞系统设计原理简述

　　嵌入840D数控系统式无空程防冲撞系统即是嵌在840D数控系统内。所谓嵌入就是直接加进，其包含两层意思，其一是硬件嵌入;其二是软件嵌入。硬件可以通过西门子公司标准的PCI适配器连接嵌入数控系统;软件嵌入包括系统软件(专用硬件驱动程序)和应用软件的嵌入。硬件驱动程序本身就运行于系统底层是自动嵌入的;应用软件可以应用西门子公司提供的HMI Programming Package软件包开发相应程序嵌入西门子840D数控的标准HMI软件系统控制硬件系统运行并参与加工过程在线实时控制。取消了中间继电器通信环节，可在理论上做到在线实时控制。这样做可提高系统抗干扰性和实时性并最终提高人身安全性和设备安全性。

　　(三)入840D数控系统式无空程防冲撞系统工作原理框图，如图4：

　　(四)嵌入840D数控系统式无空程防冲撞系统检测部分硬件设计原理

　　比较当前两种流行的无空程系统，它们分别采用不同的检测方式检测不同的信号量，其中LOADCONTROLS通过检测马达实时功率信号，应用传统的模拟量控制方式得出功率变化率，根据不同的功率变化率产生适用于磨削控制的信号量参与磨削控制，特点是信号受外界干扰较小，系统抗干扰能力较强，应用比较广泛;而AEMS则是采用一种全新的检测方式，通过检测磨削进给过程砂轮靠近工件时产生不同于常态声纳频带的声纳信号并对其数字化，由板载计算机系统通过执行特定算法并产生适用于磨削控制的信号量参与磨削控制。特点是处理过程有计算机参与，系统调整方便，但缺点也比较明显，由于工业现场环境多变，声音信号更是时刻在变，系统易受外界声音信号影响，整个系统抗干扰能力较差，且仅用于磨床系统。

　　故本人欲采用一种全新的思路设计嵌入840D数控系统式无空程防冲撞系统。本人拟采用采样马达实时功率作为输入信号，而处理过程引入计算机系统，也即是同时集前两者之所长而避其所短且为了方便与840D数控系统及时通讯构成真正意义上的在线实时控制系统并结合840D数控系统的特点，本人拟采用嵌入思路设计该无空程防冲撞系统。

　　(五)嵌入840D数控系统式无空程防冲撞系统控制系统硬件设计构思

　　硬件主要分为两大块，其一为信号采样模块，同时采样加在马达电枢线圈上的电压和电流信号通过软件算法合成实时功率;其二是信号处理模块，包括信号滤波、放大、数字化、分析、计算、输出、与840D数控系统通讯接口等功能子模块，在满足系统实时性要求的基础上尽量用软件算法代替硬件处理模块。显示及控制参数输入模块就直接利用840D标准显示器及键盘模块。

　　(六)嵌入840D数控系统式无空程防冲撞系统上位机软件设计原理

　　软件也分为两大块，其一为硬件驱动程序，主要负责驱动我们制作的控制卡，使之可以安全稳定运行于Windows XP环境;其二是应用程序，也是本控制系统的精髓。通过利用西门子公司提供的HMI接口，以标准HMI为背景，开发适应我们开发的控制系统的上位控制软件。显示及控制参数输入模块也是直接调用840D标准功能模块。

　　(七)嵌入840D数控系统式无空程防冲撞系统与840D数控系统的集成化管理

　　既然是嵌入式系统，为方便用户使用，我们也可以通过利用HMI接口把所有与用户加工过程有关的加工参数、加工程序、机床状态、报警信息、控制信息、无空程防冲撞系统状态等以菜单等方式集成到一个管理画面之下，达到统一管理目的，实现嵌入840D数控系统式无空程防冲撞系统与840D数控系统的高度集成化管理。

　　四、三种无空程防冲撞系统优缺点比较分析:

　　五、结论

　　嵌入840D数控系统式无空程防冲撞系统采用了先进的系统集成的设计思想，在技术上是完全可行的，其将成为一种发展趋势，并将最终替代分立式无空程防冲撞系统。该系统在工业现场控制方面，尤其在在线实时控制方面，独树一帜，可以以其卓越的控制功能和较高的性能价格比，赢得用户的认同，同时可为企业带来可观的经济效益和社会效益。

　　参考文献：

　　[1]毕俊喜，俞涛，李强，基于西门子840D的轧辊磨床纳米数控系统研究与开发.制造技术与机床，2006(2)：31-33

　　[2]郑灵翔，嵌入式系统设计与应用开发.北京航空航天大学出版社，2006年3月

　　[3]郑堤，数控机床与编程.机械工业出版社，2005年8月

　　作者简介：杨章勇，男，陕西澄城人，电气工程系教师。