本发明是关于高效能动态处理过程用的一种数字控制系统,该数字控制系统具有: 甲)一粗插补器(1),用以输出待考虑的轨线元素(L、X、Y、Z、C)和过程参数(S、K);
乙)至少一精插补器(2),连接在粗插补器(1)的下游侧,用以对轨线元素(L、X、Y、Z、C)连同有关控制系统进行精插补;和
丙)一中间存储器(3)。
本发明特别是关于电火花金属加工和激光机械加工之类高效能动态处理过程控制进行轨线插补用的数字控制系统。从R.南(R.Nann)著的《生产设备的数字控制(Rechnersteuerungen von Fertigungseinrichtungen)一书(ISW4,Springer出版社,柏林,海得堡,纽约,1972年版)第113~123页可以了解到上述那种类型的数字控制系统。在该公知的控制系统中,粗插补器在固定的时间范围内工作,连接在粗插补器下游侧的精插补器也在该固定的时间范围内工作。粗插补器与精插补器之间的数据交换也在所述时间范围在预定的时间间隔内进行。在对稍微弯曲的轮廓进行轨线插补的情况下,粗插补和精插补在共同固定时间范围内进行导致不必要的小节点间隔。因此,对这类轮廓,会产生不必要的数据溢出现象,从而使粗插补器不得不进行不必要的计算。当在插补计算出来的轨线末端计算最后一些节点时,若想达到轨线的某一具体终点,则在固定时间范围内插补又会带来另一个问题。按照惯例,最后一个轨线元素地长度与前一个轨线元素的不同,因而只能通过快速跳变在固定的时间范围内到达该轨线终点。
D.宾德(D.Binder)著的《轨线数字控制中的插补过程》(Interpolation in numerishen Bahnsteuerungen)一书(ISW24,Springer出版社,柏林,1979年版)第60~113页中介绍和对比了各种也是限制在固定时间范围内的插补过程。该书第113~114页公开了一种按“脉冲速率相乘”法工作的线性精插补器。但这种精插补器不可向后插补。这种精插补器的另一个缺点是,只能在插补器的整个范围进行精插补。
与现有技术比较,本发明的课题是进一步发展上述那种数字控制系统,使得在减少轨线插补所需的数据量时,可以达到提高插补速率的目的。
在本说明书开端所述的那种数字控制系统中,该问题是这样解决的:
甲)粗插补器以与时间范围无关的方式但作为轨线轮廓几何条件的函数进行粗插补;
乙)精插补器(2)随粗插补器(1)以与时间无关的方式工作;
丙)粗插补器(1)和精插补器(2)之间的数据交换没有共同的固定时间范围,为此
丁)精插补器(2)的中间存储器(3)系设计成用以中间存储粗插补器(1)所输出的若干轨线元素(L、X、Y、Z、C),也用以中间存储过程参数(S,K);
戊)精插补器(2)的控制系设计成控制系统(4),该系统与粗插补器(1)在时间上无关,且进行精插补程序,控制着中间存储器(3),并独立实时地输出过程参数(S,K)。
本发明的数字控制系统按与时间无关的方式工作,因而可进行与几何条件有关的适应性控制,只产生最低限度的数据量,从而基本上避免了停滞时间。在本发明控制系统的情况下,通过与几何条件有关的计算精密的考虑了伺服系统所需的速率。本发明的控制系统除能进行向前插补外,还能进行向后插补。
本发明的控制系统可用控制必需的全部信息实时控制高效能动态过程。因此该控制系统可在高轨线分辨率情况下以极高的轨线速率进行控制。作为粗插补器使用的主计算机承受最低限度的负荷,因而还可用以履行其它任务。
本发明的数字控制系统可在1微米轨线增量的情况下以10米/分的速率进行激光切割。在电火花腐蚀加工的情况下,本发明的数字控制系统在100毫微米的轨线增量的情况下可获取1米/分的机械加工时间。
本发明的控制系统还具有这样一些显著的好处:由于精插补器与粗插补器彼此不耦合地独立工作,因而有可能制成模块式组件。
过程诸参数的实时输出与几何条件协调一致,这可以提高对许多过程的控制能力和精确度。有关本发明的其它一些研制和结构的最佳实施例的特征可列举如下:
1.粗插补器(1)实质上是一个可编程的电子计算机。
2.粗插补器(1)实质上是一个可按标准语言编程的个人电子计算机。
3.粗插补器系用以用浮点运算法无需使用三角函数进行计算而设计的。
4.粗插补器具有一数字单片浮点处理器或一信号处理器。
5.粗插补器(1)如此计算轨线元素(L、X、Y、Z、C),使得在连接毗邻插补空间诸点(P1、P2)的矢量长度中只容许那些能确保矢量与待插补的轮廓之间的最大间距(轨线误差E)不超过预定值的矢量长度(L)存在。
6.粗插补器系这样设计,使得:
甲)当计算轨线元素(L、X、Y、Z、C)时,只容许那些在精插补器(2)中对任何矢量位置在轴向分量(X、Y、Z、C)中不产生最终误差的矢量长度(L)存在;
乙.1)容许的矢量长度(L)系借助于数学模拟或精插补器(2)的运行测试确定的,且
乙.2)以表格的形式存储在粗插补器(1)中。
7.粗插补器(1)系这样设计,使得:
甲)当计算轨线元素(L、X、Y、Z、C)时要考虑计算后面的轨线元素(L、X、Y、Z、C)时需要对精插补器(2)进行量化的过程中产生的舍入误差;
乙)在每次计算轨线元素(L、X、Y、Z、C)之前要检查是否能用容许的矢量长度(L)到达轨线终点,且在此情况下,选择最终轴向分量(X、Y、Z、C)使最终误差变为零。
8.粗插补器(1)系这样设计,使其能将计算出来的轨线元素(L、X、Y、Z、C)乘以一个表示精插补器(2)连续对矢量长度(L)进行插补的频度的系数(N)。
9.精插补器(2)包含至少一个带计数器(50)的可编程分频器(脉冲重复频率倍增器(5)、轴向分量寄存器(X/L、Y/L、Z/L、C/L)和一“异”电路,其中:
甲)计数器具有:
甲.1)一用已定的矢量长度(L)编程用的输入端;
甲.2)一伺服轨线系时钟信号(T)的时钟输入端(51);和
甲.3)一伺服方向信号(R)的方向输入端(52);
乙)各轴向分量寄存器(X/L、Y/L、Z/L、C/L)具有额外方向信息的一个输入端和一个轴向轴出端(TX、TY、TZ、TC);
丙)“异”电路具有若干门,各门在其一输入端对伺服方向信号(R)起反应,且在其另一输入端对在各情况下有关的轴向分量寄存器(X/L、Y/L、Z/L、C/L)起反应,从而确定轴向输出(RX、TX、RY、TY、RZ、TZ、RC、TC)的运动方向(RX、RY、RZ、RC)。
10.与时间无关的控制系统(4)具有一优先解码器,且系这样进行设计,使得:
甲)它只有在下列情况下才工作:
甲.1)粗插补器(1)将数据字输入中间存储器(3)中,或
甲.2)粗插补器(1)直接将手动控制引入过程中,或
甲.3)准备处理伺服轨线范围时钟信号(T);
乙)在同时使用若干信号的情况下,优先解码器(8)确定其分级结构。
11.精插补器(2)具有至少一固定可编程时序逻辑元件和/或至少一数组逻辑元件。
12.精插补器(2)由硬连线逻辑构成,其中:
甲)固定编程程序存储器(9)系连接到
乙)优先解码器(8)、
丙)状态寄存器(11)、
丁)中间存储器(3)、
戊)至少一可编程分频器(5)、
己)过程参数输出电路(10)和
庚)作为程序计数器的计数器(7),且
辛)计数器(7)连接到与优先解码器(8)起反应的振荡器(6),且具有一起动输入端(61)和一停止输入端(62)。
13.精插补器(2)实质上是一个可编程的微计算机,且系这样设计,使得在分级结构的基础上;
甲)其算法、过程参数和几何数据都由粗插补器(1)输入中间存储器(3)中;
乙)它通过粗插补器(1)直接将人工输入的指令引入过程中,且
丙)它对伺服轨线系时钟信号(T)进行精插补,并将其供到轴向输出端(RX、TX、RY、TY、RZ、TZ、RC、TC)。
14.中间存储器(3)或其一部分是个非易失性存储器(例如,电池缓冲RAM),且中间存储器中存储有系统需用的全部信息,以便能够经常偶而重复某一过程。
15.粗插补器(1)与精插补器(2)之间连接有非易失性存储媒体(例如软磁盘)。
16.配备有局部数据网络(LAN),供数据在粗插补器(1)与精插补器(2)之间流通之用。
17.粗插补器(2)系设计成用以给粗插补器(1)回示有关系统状态、过程状态和/或已达到的几何点的情况。
18.中间存储器(3)系为接收下列过程参数(S,K)而设计的:关于伺服系统加速或减速的与几何条件有关的数据。
19.固定编程程序存储器(9)是为作为来自优先解码器(8)和状态寄存器(11)的信号的函数起动若干程序顺序中的一个程序顺序而设计的。
20.固定编程程序存储器(9)系这样设计,使它在伺服方向信号(R)显示的方向为负时起动某一程序顺序,来自中间存储器(3)的数据经读出,按相反顺序安排,向后精插补则在去向起点的最后部分进行。
21.某一过程配备有若干精插补器(2),各精插补器彼此之间借助于伺服轨线系时钟信号(T)和伺服方向信号(R)同步化。
22.至少有一个从属精插补器(12),其伺服轨线范围时钟信号(T)和伺服方向信号(R)由可控振荡器(13)提供,后者则借助于主精插补器(2)的过程参数(S,K)控制。
23.开关矩阵(14)借助于精插补器输出的过程参数(S,K)接在轴向输出端(RX、TX、RY、TY、RZ、TZ、RC、TC)的下游侧,所述开关矩阵将轴向输出端(RX、TX、RY、TY、RZ、TZ、RC、TC)与不同的传动轴(R1、T1、R2,T2,……Rn、Tn)联系起来。
下面参照附图通过本发明数字控制系统一些非限制性的实施例更详细介绍本发明的内容。
附图中:
图1是数字控制系统的方框图。
图2是四轴线空间运动的示意图。
图3是圆形粗插补的示意图。
图4举例说明了圆形粗插补的轨线误差和轴向分量的计算方法。
图5是线性粗插补的示意图。
图6举例说明了线性粗插补的轨线误差和轴向分量的计算方法。
图7是精插补器可编程分频器的电路。
图8是精插补器的方框图。
图9是控制四个可能的过程的方框线路图。
从图1可以看到,控制系统的两个主要部件-粗插补器1和精插补器2。粗插补器1将几何条件简化成线性部分,并将所述简化过的几何条件连同另外一些控制信息一起传送到精插补器2。精插插补器2则能依次将有关系统状态、过程状态的信息或到达粗插补器1上的几何点加以回报。
精插补器2装有中间存储器3,中间存储器3以顺序方式存储着来自粗插补器1的信息。该中间存储器3通常配备有随机存取存储器(RAM)。
存储容量不难达到1兆字节,即一百万8位数据字。最小单元结构约为2千字节,且在长程序的情况下可在过程进行时和回报之后从粗插补器1重新异步装入。当然,该过程也可以逐块地向前和向后进行,使其始终有可能插补回到起始点。
精插补器2也装有自动控制系统4。自动控制系统4基本上是顺序控制。后者由各种不同的控制信号启动,且作为状态信号的函数履行若干编程了的控制顺序中的一个顺序。由于后者的原因,精插补器从粗插补器1接收一个字节,将其存储在中间存储器3的地址中,使该地址增加1,并向粗插补器确认接收到了字节。当伺服轨线系时钟信号T需要增加一新的轨线时,向前或向后插补控制顺序就作为伺服方向信号R的函数被起动起来了。顺序速率会高到这样的程序,以致伺服轨线系时钟信号T之后几微秒或甚至更早的时间,轴向输出RX、TX、RY、TY、RZ、TZ、RC、TC就具有合适的轨线增量。在两轨线增量之间也可能输出过程参数S、K。它们可在几何图形的这一点上存储在中间存储器3中,或可由粗插补器1作为直接的人工操作的指令加以输出,进而触发相应的控制顺序。过程参数S、K包括地址S和K值,地址S说明待加以改变的是系统或过程的哪一项参数,K值则对应于所述参数的新调定值。这样,无需大量配线费用就有可能通过一个总线和在各情况下一个地址解码器(此地址解码器在一致的情况下在寄存器中取K值)控制所有的参数。
图2是四轴线控制的锥形扩孔腐蚀机的一个例子,图中以三维的形式显示了粗插补器1所输出的轨线元素L、X、Y、Z、C。长度为L的矢量以线性的形式将空间的P1点与空间的P2点连接起来,且如后面即将谈到的,与所希望的轨线的偏差始终不会大于容许的轨线误差E。
此矢量长度L以后就作为累加诸伺服轨线系时钟信号的基准,从而保证系统矢量的真实速率。笛卡儿轴向分量X、Y和Z以及绕Z轴线转动C的分量也被转移到精插补器中,接着确定可编程分频器5中的分频比例。过程不同,轴线的数目和性质会有很大的差别。因此,电火花腐蚀金属丝切割机除具有三个主轴线X、Y、Z外,还具有锥形轴线U和V。此外,现代的激光切割机至少有五个轴线,以便能够以最佳方式将激光束定向到预成形的金属板部件上。
价钱不贵的现代个人电子计算机,只要不需用角函数(例如,正弦、余弦或正切),都能快速精确地进行数学浮点运算。但此外还有数字信号处理机和单片浮点处理机也能满足所有基本运算计算速率的要求。例如,在100毫微秒中,新型的芯片可进行32位浮点加法或乘法运算。在双倍精度(11位指数,52位尾数)的情况下,浮点处理机能在不到8微秒的时间中进行所有基本运算和求平方根,而举例说,正切函数则需要30微秒。
鉴于许多处理机的指令系统中也没有角函数,因此不需用这些函数的粗插补器是大有好处的。
图3和图4举例说明了不用角函数进行的粗插补的原理。这里是想把一个圆形零件逆时针方向移动。有关资料可根据例如,ISO(国际标准化组织)代码中的DIN(德国工业标准)66025获取,G03的意思是在逆时针方向上的图形插补,X′、Y′为起点坐标XS、YS与终点坐标XE、YE之间的差分质量。I′和J′则为起点坐标XS、YS与圆M的中心之间的差分质量。角ε是X轴线与圆M中心-起点坐标XS、YS联线之间的夹角。角α则为所述联线与圆M中心至矢量L1上的垂线之间的夹角。
为使精插补器2只须进行线性插补且只产生最低限度的数据量,需要找一个折线路径L1……L4,这个折线路径相对于理论圆的最大容许值的偏差决不能大于一个误差值E。此容许误差可以为,例如,1微米,或例如对精确度没有什么要求的断裂部分,则可以大得多。为便于理解起见,以后都不采用矢量表示法。
我们采用了下列步骤:
1.确定圆的半径(r):
r=I′·I′+J′·J′]]>
2.在直角三角形上利用(图4中的)α角,可以确定某一给定误差E的最大弦长L:
L1=2·r·r-(r-E)·(r-E)]]>
3.借助于所存储的L容许值一览表(后面即将谈到),有可能选择矢量长度L下一个更小的整数值。由于矢量L1……L3都等长,因而对每组几何条件只需进行一次上述计算。
4.鉴于三角形的内角和总是等于180°,因而可以证明,L1和Y1之间的夹角相当于α+ε的和。因此X1=L*1sin(α+ε),Y1=L*1cos(α+ε)。经过角度变换之后,
sin(α+ε)=sinε*cosα+cosε*sinα,
cos(α+ε)=cosε*cosα+sinε*sinα。
从图4可知:
sinα=L1/(2*r),cosα=1-E/r
sinε=J′/r,cosε=I′/R
这样就可以不用角函数而按下法求出所寻求的轴向分量X和Y:
X1=L1〔J′/r*(1-E/r)+I′/r*L1/(2*r)〕
Y1=L1〔I′/r*(1-E/r)-J′/r*L1/(2*r)〕
于是只有J′和I′是变量,每组几何条件的其余部分都是常数,且只需计算一次,因此:
X1=J′K1+I′*K2K1=L*1(1-E/r)/r
Y1=I′K1=J′*K2K2=L*1L1/(2*r*r)
5.这时可将舍入误差加到X和Y上,并将结果四舍五入成整数。将新的舍入误差存储起来。
6.可把第一轨线元素L1、X1、Y1输出到精插补器2。
7.计算与终点坐标XE和YE之间新的差分质量:
X-轴=X′-X1Y-轴=Y′Y1
并求出新的圆心质量:
I′1=I′-X1J′1=J′-Y1
8.现在重复4至7各步骤,直到可用根据一览表可容许的最后矢量长度L求出终点坐标XE、YE为止。在图3中,该最后矢量为,例如,L4。因为矢量L4至多只能与L1等长。若可容许矢量长度L一览表不容许直接跳变,则可用两个或多个轨线元素L、X和Y形成矢量L4。用此终点矢量L可以补偿各种误差,例如,最后一个舍入误差、所使用的处理机的有限计算精确度以及ISO代码对终点坐标XE、YE经常令人感到麻烦的超定作用。
图5和图6显示了线性粗插补的计算方法。在ISO代码中,GO1表示线性插补。这里X′和Y′也是起点坐标XS、YS与终点坐标XE、YE之间的差分质量。
线性插补是几何条件群往往只和一个轴线有关的特殊情况。通过精插补器2有限的价(也请参看D.宾德,第114页),适宜往轨线元素L、X、Y、Z、C加一个乘法因数N,该乘法因数N确定在精插补器2中应使用轨线元素L、X、Y、Z、C的次数,这样做可以进一步大量减少数据量。
假设需要在X方向上只以10毫米/分的速率和1微米的轨线增量插补127,000毫米,在原则上20毫秒的固定时间范围内,传统的粗插补器会产生38,100轨线元素L、X、Y、Z、C的数据溢流,但采用上述提到的原理时,若精插补器是7位式的,则可用单个轨线元素组N*L、X、Y、Z、C加以处理。
在多轴向运动和可容许的轨线误差E小的情况下,无可否认,增量会比上述实例的小,但由于数据量只与几何条件有关,因而计算机的输入总是小得多。
图5中,理论上所要求的线性轨线命名为l,l与X′之间的夹角为倾斜角α。于是tanα=Y′/X′,cosα=X′/l,sinα=Y′/l。
图6显示如何可用,例如,两组轨线元素L1、X1、Y1和L2、X2、Y2完成理论轨线l,其中轨线误差E与理论轨线l成直角形成,这样,在L1为最大值的情况下,算法具有靠近终点坐标XE、YE的倾向。从开头只采用所存储的一览表所能容许的矢量长度L。这时可以计算轴向分量X1、Y1,并将其舍入成整数值,放入轨线系统内。我们可得出X1=L*1X′/l,Y1=L*1Y′/l。最后,需要搞清楚所产生的轨线误差E是小于或等于容许值,从而使E=(Y1-X*1Y′/X′)*Y′/l。若轨线误差(E)太大,则用下一个较小的容许矢量长度L重复整个计算,否则将第一轨线元素L1、X1和Y2输出到精插补器2中。
现在计算新的与终点坐标XE、YE的质量差:
X-轴线=X′X1,Y-轴线=Y′-Y1,采用上述程序直至质量差变零为止。这时舍入误差和计算剩余值就自然消除掉。
图7是精插补器2的可编程分频器5的一个实施例。线路可用普通逻辑元件或门阵列技术进行设计。原则上,该线路的功能与D.宾德第73和114页所述的电路的功能相同,区别在于,可编程分频器5能在所有可能的分频比例内对所有的容许矢量长度L进行分频而不出误差,而且能向前和向后插补。为达到此目的,装设了计数器50。计数器50可编程到等于矢量长度L的起始值,可通过时钟输入端51接收伺服轨线帧时钟信号T,并根据伺服方向信号R借助于方向输入端52增加或减少计数器内容。轴向分量寄存器X/L、Y/L、Z/L和C/L存有轴向分量X、Y、Z和C,这些分量通常系由粗插补器1除以最佳化值,并加以舍入。对七位精插补器2来说,此值等于矢量长度L除以128,除以127.97至128.01可以得出同样良好的结果。此常数128可通过试验或通过计算机模拟法确定。最佳值是这样的一个值,它产生的容许矢量长度L的数量最多,且在没有轴向分量X、Y、Z、C的情况下产生因舍入引起的最终误差。例如,若用粗插补器1计算X轴80个轨线元素,则精插补器2必须接着精确地将80个轨线元素输出到轴向输出端TX上。对上述实例来说,容许矢量长度总共有43个,于是得出下面待存储在粗插补器中的一览表:
1至10不带间隙,接着是12、14、15、16、17、18、20、24、28、30、31、32、33、34、36、40、48、56、60、62、63、64、65、66、68、72、80、96、112、120、124、126、127。
对这些值进行简短分析之后,可以看出,1和127之间的各矢量长度L可至多由2个部分矢量的最大值组成。
轴向分量寄存器X/L、Y/L、Z/L和C/L也寄存有附加位,该附加位说明轴向分量X、Y、Z和C应作用的方向。此二进制位经由“异”门连接到伺服方向信号R,因而给出了运动方向RX、RY、RZ和RC。时钟信号的产生方式与D.宾德在上述书第72和73页所述的一样,且在向后插补过程中,计数器50输出的下降边或下降侧经检测,将其与轴向分量寄存器内容“与”连接起来。
下面的汇编程序列表说明了8051处理机的算法,该处理机能进行图7所示的精插补操作。但在此实施例中,输出一个轨线增量需要42个机器工作周期,在最坏的情况下这会导致转移新线段时产生54微秒的停滞时间。这个时间对正常要求是完全可以接受的,但对高速系统来说则太慢了,这时停滞时间应缩短到原来的十分之一。因此在这种应用中,最好采取离散的解决方法或者可选用混合方案。
汇编程序列表
;用至少四个轴线进行精插补
;
;(根据一伺服阶跃脉冲进行部分中断服务程序)
;
;机器:8051 INTEL微控制器,频率12兆赫
;
;语言:8051宏汇编程序
;
;所采用的变量说明
;……
;SFWD=伺服方向,1=向前,0=向后
;LVECTOR=x、y、z、c插补线段的矢量和+1;
;LCTR=矢量L的计数器
;LCTR_OLD=一步骤之前的LCTR值
;X=X线段(相反顺序的二进制位)
;Y=Y线段(相反顺序的二进制位)
;Z=Z线段(相反顺序的二进制位)
;C_SEGM=C线段(相反顺序的二进制位)
;DIR_COMMAND=含有各轴线方向的字节
;DIRBYTE=接到硬件的输出端口的方向图形
;STEPBYTE=接到硬件的输出端口的步骤图形
;STEPX=往X轴线输出某一步骤的标记
(Y、Z、C也一样)
; ’
’
’
;在线段内的双向插补
;
; ;单位指令的微秒数
;CODE √
; √
; √
JB SFWD,INT,FORM;若步骤前进则有2个空指令
;
;HERE BACKWARD
;
;
MOV A,DIR-COMMAND;1
CPL A ;1
MOV DIRBYTE,A ;向后时的补足方向;
;
DJNZ LCTR,IB1 ;若线段已完成为1,加新线段
JMP GET-NEWSEG ;12取新线段
IB1:MOV A,LCTR-OLD ;1
XRL A,LCTR ;1指示变化了的二进制位
MOV B,A ;1临时存储
MOV A,LCTR ;1
CPL A ;1
ANL A,B ;1指示从1变到0的二进制位
MOV B,A ;1
;
;B存储一个与X、Y、Z、C线段进行逻辑乘时的图形
;控制步骤的执行,即哪一个轴和何时必须执行
;需要输出一步骤
;对轴线的数目没有任何限制
DISTR STEPS:
ANL A,X ;1在X轴上的步骤?
JZ NOX ;2否
SETD STEPX ;1是,建立标记
NOX:MOV A,B ;1再存入图形
ANL A,Y ;1在Y轴上的步骤?
JZ NOY ;2否
SETB STEPY ;1是,建立标记
NOY:MOV A,B ;1再存入图形
ANL A,Z ;1在Z轴上的步骤?
JZ NOZ ;2否
STEB STEPZ ;1是,建立标记
NOZ:NOV A,B ;1再存入图形
ANL A,C SEGM ;1在C轴上的步骤?
JI NOC ;2否
SETB STEPC ;1是,建立标记
NOC:
;
;在此再插入一些轴线
;
;输出步骤
;
MOV P1.STEPBYTE ;2往端口1输出步骤
MOV P2,DIRBYTE ;2输出方向
CLR STEPBYTE ;1复置标记步骤X、步骤Y,……
;
MOV LCTR-OLD,LCTR;2更新计数存储器
;
JMP INTI-END ;2退出,总时间42微秒加新线段的时间
;……
INT FORM:
;
;HERE STEPS FORWARD
;
MOV A,DIR.COMMAND;1
MOV DIRBYTE.A ;1按编程指定方向
INC LCTR ;1增值计数器
CJNE LCTR,LVECTOR,IB2 ;2若线段已完成,加新线段
JMP GET-NEWSEG ;12取新线段
;
IB2:MOV A,LCTR.OLD;1
XRL A,LCTR ;1指示变化了的二进制位
ANL A,LCTR ;1指示从0变化到1的二进制位
MOV B,A ;1存储图形
JMP DISTR-STEPS ;2与向后步骤同样的指示
;
:
.
INT1 END:
图8是精插补器2的电路方框图。粗插补器1将控制信号传送到优先检测器8,数据总线通到中间存储器3、可编程分频器5和过程参数输出电路10。优先解码器8还接收伺服轨线时钟信号T,显然该信号必须以最大优先权加以处理。其它优先权与系统及过程有关,在各个别情况下必须固定下来。优先解码器8的输入起作用之后,振荡器6经其起始输入端61断开,然后程序计数器7以例如30兆赫的频率增加计数值。程序计数器7达最大读数时,振荡器6再次借助于停止输入端62停止工作。采取这种措施的目的是,第一,没有必要在振荡器自由振荡的情况下等待同步化,第二,尽管频率高,可使系统的功率损耗保持在低水平。
程序计数器7的各输出端系接到固定编程程序存储器9的第一地址输入端,固定编程程序存储器9的第二地址输入端则接到优先解码器8,第三地址输入端接到状态寄存器11上。因此,举例说,可将四个不同的程序顺序在各情况下按四种不同的方案以至在各情况下按15个程序步骤安置初始值。例如,状态寄存器11寄存有这样一些内容的信息:伺服方向信号R需要向前插补抑或向后插补,可编程分频器5的计数器50系处于溢出位置抑或下溢位置等。状态寄存器11的作用是确保某一程序正确方案(例如向前或向后插补)的执行。
固定编程程序存储器9的数据输出主要控制和协调可编程分频器5各轴向输出RX、TX、RY、TY、RZ、TZ、RC、TC的输出、过程参数输出电路10各过程参数S、K的输出和中间存储器3的读和写。
中间存储器3可以具有8位宽的结构体系,或在相应速率要求的情况下可具有例如48位的宽度,其中5×8位描述轨线元素L、X、Y、Z和C及它们的方向,2位确定乘法因数N,5位用作奇偶检验,1位说明地址所包含的是几何条件的信息抑或过程参数信息。中间存储器3的结构应按过程要求固定下来,以便在最佳操作可靠性和最有利的运行费用的情况下达到最佳速率。
图9例示了一个生产综合装置,该装置包括四个不同的过程。过程1是一个简单的四轴向控制的埋头腐蚀机械,过程2是一高度复杂的带电极更换器、供应装置和装卸机器人的切割埋头腐蚀设备,过程3是一个激光切割设备,过程4则是生产用的高压喷水切割设备。这个情况旨在展示我们所推荐的控制系统适应性和扩充性是多么强。
这样,举例说,可以用单个有效的粗插补器1直接控制过程1和过程2。此外必要时还可将必要的数据存储在非易失性存储介质15中,以便完成独立的过程3,该过程没有消息反馈到粗插补器1。最后,过程4,可以这么说,在其使用寿命中都始终处于编程状态,且在大规模生产中始终生产同样的部件。过程4的精插补器2配备以中间存储器3有好处,该存储器以非易失性的方式存储信息。这可这样付诸实施,RAM元件的供电可用蓄电池加以缓冲,或采用电可编程和可任意擦除的ROM存储器元件。
至于过程3,信息是借助于磁带、盒式磁带或软磁盘流通的,而过程1和2则可经由局部数据网络双向完成。这类数据网络习惯上装有同轴电缆线路或光导纤维线路。重要的一点是,传输容量要足,使在此环节上的数据流不致成为妨碍生产流程的一环。
过程2特别有意思,因为这里采用简单的方法解决了高度复杂的问题。通常给料机器人和生产装置的供应单元都各自配备有自己的数控系统,这些系统都附属于整个过程。在过程履行各程序期间,这些数字控制系统什么也不做,失去了使用价值。采用本发明就有可能提高数字控制系统的利用率,因为可以用同一个精插补器2控制切割腐蚀过程、埋头腐蚀过程、加料机器人和供应单元。为此目的,只需用一个开关矩阵14将轴向输出RX、TX、RY、TY、RZ、TZ、RC、TC正确转换到切割过程、埋头腐蚀过程、机器人或供应单元上。不产生伺服信号的过程可借助于可控振荡器13以轨线速率进行。这里开关矩阵14和可控振荡器13的控制也借助于过程参数S、K进行。从属精插补器12和主精插补器2的结构一样,且要驱动时控传动轴时才用到它。投资费的节约效果非常显著,因为一个数字控制系统就足以使复合操作中的几个过程投入工作。