数控系统范文

导语：如何才能写好一篇数控系统，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：电磁干扰；抗干扰；设计优化

数控系统的设计要求系统动作准确无误，每个控制动作都要达到它想要的目的。造成数控系统工作不正常的原因除了系统故障外大部分是受到外界电磁干扰。

电磁干扰源可以分为两大类：自然干扰源与和人为干扰源。自然干扰源主要来源于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。人为干扰源是人工装置工作过程中产生的电磁能量干扰，其中一部分是专门用来发射电磁能量的装置，如广播、电视、通信、雷达和导航等无线电设备，称为有意发射干扰源。另一部分是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射，如电火花线切割机床，电动机械、家用电器以及工业、医用射频设备等等。因此这部分又成为无意发射干扰源。

1.本文只针对人为干扰源中的无意发射干扰源的抗干扰措施进行一些探讨。

常见的抗干扰措施一般有以下几种：

1.1.利用接地技术消除电磁干扰

要确保数控系统中的所有设备接地良好，需要根据数控系统工作电流按照相关国家标准选用符合要求线径的接地线（黄绿线）连接到电源进线接地点（PE）的接地母排上。接地线（黄绿线）应该尽可能的短以保证接地电阻值符合相关国家标准要求。尤其要注意包括变频器、开关电源，电机驱动器等工作时有高频开关脉冲以及变压器、供电设备等产生工频干扰的设备的可靠接地。

1.2.使用滤波电路降低干扰

数控系统电源增加滤波线路措施可以有：数控系统电源的交流输入线路中串接一电抗器，它可以降低谐波成分，增加电源阻抗，并帮助吸收附近设备投入工作时产生的浪涌电压和主电源的尖峰电压，确保电源不受电网供电电压波动影响；数控系统电源的直流输出线路中使用低通滤波器，采用低通滤波器后可以有效滤除高频干扰产生的毛刺脉冲，稳定的直流输出电压可以确保数控系统电路的工作可靠。

1.3.优化印制板布局设计

优化印制板布局设计主要要考虑印制板上元器件的布局、元器件连接铜皮的走向布局、滤波电容的位置布局和不同类型电路的位置布局。一般来说印制板布局设计要做到以下几点：

1.3.1.器件之间的传输连接线尽可能短；

1.3.2.走强电信号的元器件和走弱电信号的元器件尽可能放置在不同区域；

1.3.3.模拟电路和数字电路应尽可能分区域放置；

1.3.4.电源滤波电容应靠近用电器件。

1.3.5.地线的设计应做到小电流向大电流会聚，如果构成了回路，应尽可能缩小回路面积；

1.4.优化弱电信号线路设计

在数控系统中控制信号通常是弱电信号，供电电压一般是5V-24V，电流也是mA级的，这样的信号很容易被外界的强干扰（如电火花线切割机床大电流放电时产生的高频脉冲干扰）影响，造成数控系统误动作或者不动作。针对这些干扰在电路设计上采取一些补救措施就成为设计中必须考虑的问题。

1.5.利用屏蔽技术减少电磁干扰

如果数控系统抗干扰措施不力会出现下列现象：看到液晶显示屏幕上出现很多白色斑点，有时候斑点多到让用户无法忍受；屏幕上出现一些误报信息；键盘或者触摸屏按下没有反应；主控计算机死机或者自动重新启动等等。

出现上述现象的原因是：数控系统附近存在一个强电磁场，强电磁场的辐射使得在数控系统工作环境充满电磁干扰噪声，数控系统的控制电路在这样的环境里会耦合电磁波，干扰系统的正常工作；数控系统内部导线也暴露在这个电磁场里，感应电磁干扰噪声，感应噪声经过导线传递到电路的其余部分从而破坏电路的正常工作；另外由于部分强电流信号线路和弱电流信号线路共用一个地线，通过公共负载电磁干扰也被耦合到弱电流信号线路中，对于弱电流信号这样的耦合会改变信号电平，引发错误信号，造成系统出错，甚至系统直接崩溃。

要解决这些问题除了前文提到的一些措施外还可以利用屏蔽技术减少电磁干扰。

1.6.数控系统内部连线的处理

数控系统内部连线有时候会很长，容易受到干扰，为提高控制信号在传输过程中的抗干扰能力可以采取以下一些措施：

1.6.1.传输电缆上套磁环

传输电缆上套磁环有两种方式：一种是选一磁环内径略大于电缆外径的磁环，将磁环直接套在电缆上后再做电缆和连接件的连接；另一种是选用磁环内径足够大的磁环，将电缆做8字绕法，穿过磁环后再做电缆和连接件的连接。两种方式中8字绕法抗干扰效果更好一些。不同磁环材料的性能有所差异，因此根据需要磁环工作频率选择不同的材料。普通磁环材料有镍锌铁氧体或锰锌铁氧体，它们的差异主要在磁导率：锰锌铁氧体的磁导率在几千到上万，镍锌铁氧体在几百到上千。铁氧体的磁导率越高，其低频时的阻抗越大，高频时的阻抗越小。所以，在抑制高频干扰时，宜选用镍锌铁氧体；反之则用锰锌铁氧体。或在同一束电缆上同时套上锰锌和镍锌铁氧体，这样可以抑制的干扰频段较宽。

1.6.2.供电电缆和控制信号电缆分开走线，并且要有保持一定距离。如果可能经不同的金属走线槽走线来保证隔离效果。

1.7.软件抗干扰

高频干扰通常是脉宽不宽的随机脉冲，利用这个特点数控系统可以在控制软件中进行一些处理。具体地说就是对于控制系统发出的输出信号如果是维持一种状态的信号可以隔一段时间就重复发一次信号，确保状态信号不会因为受干扰而改变；如果发出输出信号仅仅是实现一个动作，那么为保证实现这个动作可以连续发几个相同信号来避免输出信号扰信号掩盖；控制系统对输入信号的处理可以连续读输入端口的数据几次确保读入的数据正确。

2.结束语

在工业高度发展的今天，各种电气设备的使用已是普遍现象，其中不少设备会产生强烈的电磁干扰，造成数控系统不受干扰几乎是不可能的，因此如何设计数控系统来保证数控功能可靠稳定的实现需要认真考虑。抗干扰措施多种多样，前文提到的那些措施也不是很完全，设计人员应根据不同数控系统具体的工作方式、工作环境采用适合的抗干扰措施。

参考文献：

[1] 郑晓峰. 《数控原理与系统》.北京：机械工业出版社

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关键词：开放式数控系统；数控车床；上位机；下位机；现代制造业

中图分类号：TG519 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）08-0032-02

1 概述

数控车床是当今先进制造技术的主要组成部分，也是制造高精度、高质量、形状复杂的机械产品的必备设备。但是令人遗憾的是，传统数控车床系统随着现代制造业的快速发展，人机界面不灵活、功能不易扩展、兼容性差、系统封闭等问题日益凸现出来，尤其是封闭性问题大大阻碍了数控车床系统中采用先进的计算机技术，使得数控车床技术的发展受到了严重的阻碍。而在这种情况下，开放式数控系统的出现有效地解决了数控车床升级改造的问题，有效地解决了框架结构固定、控制系统专一与市场需求变化频繁之间的问题，也增强了控制系统的适应性和柔性，本文就开放式数控系统在数控车床改造中的应用进行探讨。

2 开放式数控系统的特点

开放式数控系统最大的特点就是“开放”，能够根据生产系统的要求来升级控制系统的相应软件或者硬件，同时将二者完全分开，构成网络化的制造环境，软件平台和定义接口都可以由用户自行定义，面向软件配置数控系统的结构，在开放式数控系统中不断地集成各种功能，按照加工过程的要求来提高数控车床的性能，并且还能够对控制系统的功能进行添加、删除、修改，用户还可以结合自己的实际需要来不断地增加新的控制功能。这样一来，开放式数控系统在数控车床改造中的应用，对于用户和机床制造商都是极为有利的，这也是机床控制技术的发展方向。开放式数控系统主要具有五大特点，分别是适应网络操作方式、平台无关性、模块化、可再次开发、标准化。

2.1 适应网络操作方式

开放式数控系统会考虑到工业生产领域的应用范围以及网络技术的迅速发展速率，信息交换的过程中通过通信来实现各相对独立的功能模块，以便有效地达到满足实时控制需要的要求。

2.2 平台无关性

开放式数控系统结构中能够实现各模块相互之间独立、无关联的效果，也能够有效地明确各模块接口协议，最终用户、机床厂、系统厂都能够根据自己生产的需要和市场的需要来开发出个性的模块。

2.3 模块化

开放式数控系统的构造是透明的和可移植的，采用分布式控制原则，具有模块化的特征。控制结构采用模块分级式、子系统式、系统式。

2.4 可再次开发

开放式数控系统允许用户在进行数控车床改造的过程中实现第二次开发，根据自己生产的需要和市场的需要来编辑、重构一个系统多种用途的作用。

2.5 标准化

开放式数控系统的“开放”不是毫无约束的开放，而是在一定条件下，一定约束规范的开发，因此，各类机床控制器的研发过程中应该用一个标准来进行约束。

3 开放式数控系统的应用――以T560_T开放式车床数控系统为例

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中图分类号：TP27文献标识码：A文章编号：1672-3791(2012)04(A)-0000-00

可以说在当今全世界的机床制造业中，数控系统起着举足轻重的作用。作为高尖端技术之一的数控系统集机械制造、自动控制、计算机、测量以及电气传动等技术于一身，各方面功能均十分强大。通过笔者对当前数控系统市场的调查发现，一些中高档的数控系统基本采用的都是以PC机为控制平台实现对步进电机进行驱动控制的。虽然这种控制方式具有性能优良、功能齐全、响应速度快等特点，但其价格却相对比较昂贵。对于生产企业来讲，需要的是一种既能满足生产需求，价格又相对低廉的数控系统。为此，本文将单片机测控技术应用到数控系统当中，以此来实现这一需求。

1 基于单片机的数控系统设计思路

基于单片机的数控系统，能够根据用户的实际需求以及CPU种类的不同实现产品细分，并以此使设计出来数控系统产品具有系列化的特征。通过对市场的调查研究发现，人们对数控系统产品的需求大致可分为以下两类：

1.1 单片机加实时操作系统

以这种形式构成的数控系统主要都是一些中高端的系统，它们的功能相对来讲比较丰富，可实现网络信息共享，而且还可以进行闭环控制，精确度相当高。其中操作系统是确保任务实时性的关键。在此类数控系统当中，使用较多的单片机为ARM系列等，实时系统则为Windows、RT-Linux等。这种类型的数控系统常被用于对精度要求较高或是联动数目在四轴以上的数控机床当中。

1.2 单片机加控制模块

在此类组成结构的系统当中，由于采用的是控制模块，而不是实时操作系统，所以各个任务的实时性均是由系统中的控制软件以及处理器的中断等予以保证的。此类系统应用的单片机主要以高性能的CPU为主，这样能够有效地确保系统的运算速度符合插补和管理等功能的需要。这种系统通常仅能满足三轴联动和四轴联动的数控机床的需求。

通过上述分析不难看出，研发不同等级的数控系统，只需要根据用户的实际需求，采用的不同平台，然后在平台中对系统的主要功能略作改进，便能够开发出满足用户需要的数控系统。这在一定程度上避免了基于单片机的数控系统研发的缺点，有效地减少了重复性工作，从而使整个研发周期相应地缩短很多。若是将数控系统中的主要技术模块进行总结和提炼，便可以组成一个系统平台，在此基础上对相应的功能进行适当地删减或增添，便可以完成系统的研发。这就是基于单片机的数控系统的基本设计思路。

2 基于单片机测控的数控系统设计原则

任何一种数控系统实现的关键均在于其软件及硬件的设计，应用单片机测控技术的数控系统也不例外，下面简要介绍一下软件及硬件在实际设计过程中需要遵循的主要原则：

2.1 规范化原则

一个数控系统的设计研发，最忌讳的就是重复开发，这样不仅会浪费大量的时间，而且也会浪费大量的资源，所以在进行软件及硬件设计过程中，必须有一个规范的标准，以此来规范系统的通讯协议以及软硬件界面，可以使设备生产商和控制器制造商均能在相应的标准下进行研发和生产，以此来杜绝重复性开发的情况发生，减少资源的浪费。为此，在进行系统软硬件设计时，必须遵循规范化原则。

2.2 系列化、标准化原则

在系统硬件的设计过程中，应以系列化和标准化的原则进行设计，这样有利于提高系统整体的实时性和可靠性。通过对系统通讯方式、CPU结构、运动及辅助控制等的模块化处理，根据实际功能的不同制成所需的模块，借此来实现系列化和标准化，同时模块与模块之间还可通过预先定义好的标准化接口实现通讯。

2.3 开放性原则

在进行系统软件设计时，为有效地降低系统软件对硬件的依赖性，应使软件平立于系统硬件之外，并且也要将软件设计成为模块化，这样有利于实现系统软件的开放性。对于整个数控系统而言，设计一个独立的软件平台是较为重要的。由于书库系统本身都具有多任务性和实时性，所以软件平台的构建也应以此为前提，同时软件平台的基本功能还应实现典型化和模块化，从而使每个功能模块之间均能实现相互独立和统一调度。这样的软件设计可以适应不同的硬件系统，进而实现了软件的开放性和独立性。

3 单片机测控技术在数控系统中的具体应用及实现

基于以上的设计思路及设计原则，下面笔者以一种数控钻铣床为例，对单片机测控技术的应用及实现进行分析。

3.1 数控钻铣床的基本功能及具体控制方案

由于该数控机床是钻、铣相结合的一类机床，为此先简要介绍一下该数控机床的加工顺序：首先，工作台就位，然后钻头钻进，钻孔后钻头快退，移至下一位置继续重复上述动作，直至全部钻孔完毕为止后，工作台恢复原位。铣削的加工顺序基本与之相同。因本系统属于钻、铣一体的机床，故此在其各方面参数均满足实际加工要求的前提下，决定采用连续控制系统对其加工进行控制，具体控制方案为采用单片机控制的步进电动机对系统工作台进行开环控制。当进给指令由单片机系统发出后，经过功率放大后对步进电动机的旋转角度进行驱动，然后经由齿轮减速器带动丝杠进行旋转，直线位移的完成主要依靠丝杠螺母的转换，具体移动速度及位移量的大小由输入脉冲数及脉冲频率决定。

3.2 单片机测控系统的主要功能

该数控系统中，单片机采用的是集中控制方式，对于系统中的各项任务采取的是分时处理进行的，如插补运算、CRT显示、输入输出控制以及存储等等。测控系统的主要功能如下：其一，初始化处理。主要是对I/O接口、步进电动机旋转频率定时器以及中断等进行初始化；其二，复位功能。机床开机工作时工作台应自行恢复至初始加工位置，如有需要也可尽心手动复位；其三，监视功能。具体是对开关、键盘以及按键等进行监视，如监视行程开关、急停按键等；其四，加工数据的输出和显示功能；其五，超程控制机报警功能。当工作台在进行实际加工过程中，若超出规定的位置则立即停止工作，并相应的做出报警显示；其六，控制方式选择功能。主要包括手动和自动两种控制方式，有特殊要求时可进行控制方式切换。

3.3 测控功能的实现

（1）硬件设计。按照该数控机床工作台的实际测控要求，决定采用STC12C5A62S2系列单片机作为主控制器，并行设置44个I/O控制接口和双UART串口，电路为MAX810专用复位电路，2路8位PWM/16位PCA模块，8路10位精度ADC，其转换速度最高可达到250K/S，即每秒25万次，Flash ROM60K，SRAM 1208字节。这一系列的单片机具有以下特点：可靠性高、反应速度快、功耗低、价格便宜、抗静电及抗干扰能力超强，无需对片外存储空间进行扩展，便可用于数控机床工作台的电动机控制，本身自带PWM/PCA和A/D，不需要在配置外部检测电路。为使加工数据能够顺利输入到系统当中，采用矩阵键盘，规格为4×8；加工数据显示器则采用6位LED显示器，以便于显示加工数据信息；为确保开机指示电源能够正常工作，电源指示灯决定采用发光二极管；为有效地控制步进电动机的旋转速度，决定采用I/O口对脉冲分配器的输出信号进行控制，再经由功率放大电路及光电隔离器后传送至步进电动机线圈当中；为对机床工作台的超程进行监视及报警功能的实现，决定采用全行程开关作为监视信号进行输入，并采用发光二极管作为超程报警指示灯。

（2）软件设计。如果将测控硬件系统的设计实现，看作是整个数控系统的物质基础的话，那么系统软件的设计实现则是测控系统整体控制思路、控制方式以及控制过程的体现。测控系统各个功能的实现，需要应用到单片机的如下技术，其中主要包括中断、定时、LED显示以及键盘扫描等技术。系统软件设计主要以模块化结构为主，下面对各个模块的具体功能进行介绍：①主模块。该模块主要负责完成测控系统的各项管理工作，数控系统开机后会自行进入到管理模块当中，然后接收并执行由机床操作者发出的操作指令。在这一模块当中，需要对键盘上各个相关案件的功能进行自定义，以此来确定接收指令的形式以及实现加工数据的输入和、自动钻铣加工、急停等操作功能；②自动加工测控模块。按照该数控机床工作台的实际工作需要，自动加工应包括钻削和铣削两部分。所以在该模块中设计两个子模块分别用于钻削和铣削的测控；③步进电动机控制模块。该模块主要是对电动机的转速、转角以及方向等进行控制。在对这一模块进行设计时，应重点考虑电动机运转时会出现一个加速或减速的过程，这样有利于解决突然启停时，惯性及负载造成电机损坏的问题。可以通过对进给脉冲的时间间隔及具体脉冲数进行确定，来实现对电机速度及转角的控制。控制时间常数可预先定义好后存储到程序当中，并以此作为对步进电动机运行控制的基本参数，然后利用单片机本身自带的定时器功能，并以中断的方式来实现对电动机频率的控制。

由于该单片机中集成有可编程的应用程序，故此无需设计专用的仿真器及编程器。通过将单片机测控技术应用到数控系统当中，使得系统自动化功能的实现变得更加简单、各方面性能也更为可靠。

参考文献

[1]常瑞丽.韩军.基于单片机与CPLD的运动控制器的开发与研究[J].机床与液压.2009(1).

[2]常宽.张瑜.祖静.提高单片机应用系统可靠性的研究[A].第全国测控、计量、仪器仪表学术年会论文集[C].2009(11).

[3]李玮华.杨秦建.基于单片机的多轴运动数控系统跟随误差补偿器的设计[J].机床与液压.2011(4).

[4]杨升.余善恩.尚群立.黄存坚.多功能测控系统的开发[A].第21届中国过程控制会议论文集[C].2010(8).

[5]陈玉平.牟应华.杨学智.微机控制技术在数控系统中的应用[J].中国科技纵横.2009(12).

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Key words: NC machine toolclose-loop NC systemwhole-close-loopmachine accuracy

摘要：数控系统作为数控机床的重要组成部分，决定了机床的性能和加工精度。本文针对几种典型的数控系统进行了理论分析与研究，重点介绍了闭环和全闭环数控系统，该研究结果为机床行业的发展提供了一些理论基础。

关键词：数控机床 闭环数控系统 全闭环 加工精度

中图分类号：[F287.2]文献标识码：A 文章编号：

引言

任何国家、工业和国民经济的发展，最基本的是依靠人员素质、装备精良和资源充足三者，而工业发展所不可缺少的装备就是机床。机床的优质先进、机床工业的实力强大，对一国工业和国民经济的加速发展具有极其重大的战略意义。数控机床作为其先进代表，代表了机床行业发展的方向和未来。所以对机床数控系统进行分析与研究相当重要，具有深远的意义。

机床数控系统的检测装置和反馈元件，通常安装在机床的工作台或丝杠上，相当于普通机床的刻度和人的眼睛。它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给数控装置，供数控装置与指令值比较产生误差信号，以控制机床向消除该误差的方向移动。

按有无检测装置，数控系统可以分为开环与闭环数控系统，而按检测装置的安装位置又可以分为闭环与半闭环数控系统。下面对几种数控系统分别进行分析与研究：

1 开环数控系统

开环数控系统结构简单，没有检测和反馈装置，数控装置发出的指令信号是单向的，所以不存在系统稳定性问题。因为无位置反馈装置，所以精度不高，其精度主要取决于伺服系统的性能。开环数控系统具有工作稳定，反应迅速，调试方便，维修简单，价格低廉等优点，在精度和速度要求不高，驱动力矩不大的场合得到广泛应用。但是长期运行或启动及结束时易产生丢步和超步的现象，很难提高加工精度。在我国，经济型数控机床一般都采用开环数控系统。

2 半闭环数控系统

半闭环数控系统的位置采样点是从驱动装置（常用伺服电机）或丝杠引出，通过采样旋转角度而不是采样运动部件的实际位置进行检测。因此，由丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的误差难以消除。半闭环数控系统闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可以获得稳定的控制性能，而机械传动环节带来的误差可用误差补偿的方法消除，因此仍可以获得比较满意的精度。这种系统结构简单，测试方便，精度也较高，因而在现代数控机床中得到了广泛的应用。

3 闭环数控系统

由于机械传动装置的刚性、摩擦阻尼等非线性因素和传动间隙等都不包括在半闭环伺服系统环内，因而其大部分传动间隙， 弹性变形，滚珠丝杠螺母的误差及滞后都对机床精度产生影响。为了解决这些问题，闭环数控系统应运而生。闭环数控系统的位置采样点如图1所示，是从机床运动部件上直接引出，通过采样运动部件的实际位置进行检测，可以消除整个放大和传动环节的误差、间隙和失动，因而具有很高的位置控制精度。但是由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环数控系统的设计、安装和调试都相当困难。闭环数控系统主要应用于精度要求很高的精镗床、超精车床、超精磨床等。

4 包含工件在内的全闭环数控系统

检测装置采样工作台的实际位置的闭环数控系统，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整加工余量，从而影响加工精度，尺寸分散性大。包含工件在内的全闭环数控系统，在线检测技术使在线检测系统与机床、刀具、工件组成一个全闭环系统，在线检测系统将测得的工件尺寸信号与反馈给数控机床，控制刀具进给，从而保证工件加工精度。如图2所示，数控系统在线检测系统由传感器、调理电路、驱动系统和单片机控制系统组成。研究设计此系统重点是解决检测装置，要求检测装置要有较好的动态性能，而动态性能主要是它的频率特性。

在线检测技术有着很明显的优点：

1）采用在线检测系统前，在机床正常情况下，加工尺寸的保证主要靠工人的技术及经验和机床的性能，工件的尺寸变化范围较大，不稳定，容易出现不合格品；采用在线检测系统后，通过在线检测系统控制机床加工，提高了产品精度，从而使得不合格率大大降低，有效地保证产品质量，并降低了成本。

2）实现了加工中的自动测量，大大减少了测量时间，同时避免了由多次装夹所引起的误差，可使自动化程度提高，劳动生产率提高，并大大降低了操作人员的劳动强度。

3）节约了资金，提高了效益。

包含工件在内的全闭环数控系统有着广阔的发展前景，但是应用范围迄今为止仍以磨削为主，在其他切削加工中应用还是有限。

5 结束语

中国的制造业要实现从大国到强国，从低端到高端，数控技术是关键技术，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。我国的数控技术的发展呈现出前所未有的广阔前景，但与国外发达国家相比水平还较低，所以，大力发展数控技术，振兴机床行业，具有重大的现实意义和深远意义。

参考文献

［1］任仲贵，等.现代制造工程［M］上海：中国纺织大学出版社，1999.

［2］王爱玲，等.现代数控原理及控制系统［M］.北京：国防工业出版社，2001.

［3］张荆桥. 数控机床的数字化全闭环控制［J］.江西煤炭科技2004(3):36～38.

［4］刘跃南，等.机床计算机数控及其应用［M］北京：机械工业出版社，1997.

［5］张柱银，等.数控原理与数控机床［M］.北京：化学工业出版社，2003.

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关键词：以太网；S7协议；数据传输；S7－1200；数控系统

近年来，许多工厂为节省人力成本和提升产量，对现场进行自动化改造，这已成为工业发展的趋势。就机械厂而言，现场常用的数控机床的自动化改造十分常见，改造过程中，经常会用到机床和PLC之间的信息交互，例如将传感器数据传入机床以进行自动补偿，或是利用数控程序控制外部气缸等等，若是采用物理接线的方式，会造成现场线路繁多杂乱，要实现仅利用一根网线更加便捷稳定地实现自动控制，掌握数控系统和PLC之间的通讯方式尤其重要。

1研究概况

下面以西门子可编程控制器S7－1200和数控系统808D通讯为选型硬件（828D和840D均可），介绍如何实现两者之间的数据传输。分别用以下两个数据传入传出的应用案例详细说明：

1．1外部数据传入数控系统并能在NC程序中调用

将外部传感器产生的数据通过扩展通讯模块储存在PLC的M地址当中，再利用西门子产品之间特有的第七层协议“S7协议”实现PLC和数控系统之间的通讯，调用S7通讯中的“PUT指令”将储存在PLC中的数据放到数控系统的数据交换区，最后通过数控程序将数据交换区中的数据转化调用到NC程序中。

1．2调用NC程序中的M指令控制外部气缸

编写数控系统中的PLC程序，用M指令控制数据交换区中的数据，再利用S7通讯中的“GET指令”，将数据交换区的数据取用到PLC，从而控制外部气缸。

2通信原理

2．1S7通信协议

S7通讯是实现整个通信流程中最重要的一环，是实现PLC和数控系统通信的基础。S7协议是西门子公司自己开发的协议，仅用于西门子品牌的设备之间的数据交换通信，无论是各种型号的PLC与PLC之间，还是PLC和数控系统之间，都能用该协议来实现通信，是SIMATIC通信的最优化方式，能保证大量数据传送时总线和处理器均处于低负荷状态［1］。所以在众多TCP通信方式中，选择了S7通讯。

2．2数控机床内置的数据交换区

由PLC传入数控系统的数据只能进入数控系统内置PLC，并不能直接用于NC程序，所以数据需要经过一个过度区域，这个过度区域就是数控系统内置的数据交换区，地址从DB4900．DBB0到DB4900．DBB4095，在该区域中，每一个PLC数据位都有与之对应的NC程序数据位，在PLC侧状态列表中的DB4900．DBB［n］与NC一侧的系统变量＄A＿DBB［n］就是一一对应关系（n为地址偏移量），可在加工程序中利用系统变量R进行访问［2］。

2．3数控系统PLC程序修改软件工具

想要处理传输的数据，对数控系统PLC编程操作是必要的，在808D中，操作者并不能在操作面板中改动PLC程序，只能通过在电脑上安装西门子专门用于数控系统PLC编程的软件包TOOLBOX，安装通信完成后，使用“PLCProgrammingTool”对程序进行修改。

3通信应用

3．1位移传感器数据传入数控机床以进行刀具补偿

3．1．1建立配置S7连接

S7－1200集成有以太网口，且能扩展RS232、RS485、Profibus－DP三个通信模块，对于不同品牌不同型号的位移传感器，通信协议不同，且通信配置上也不同，详细可参照所购买产品的说明书，后续对于传感器将感应到的数据传入PLC的过程不做详细介绍。将电脑、数控系统和PLC通过网线连接到交换机后，先设置PLC和数控系统的IP地址，使之处于同一网段，并在防火墙配置界面中打开S7协议。808D端操作面板上的的IP设置流程为“上档＋系统键”→“服务显示”→“系统通讯”→“网络信息”。设置完808D的连接配置后，在博途上进行硬件组态，S7通讯的硬件组只需要在设备和网络界面新建一个S7连接以及添加一个新的子网。然后在新建的S7连接属性中设定连接伙伴的IP地址，即上一个流程中设置的808D的IP地址，在“地址详细信息”中将机架插槽设为为0和2，设置编译完成后，数控系统和PLC的硬件通讯连接就已经完成了。

3．1．2调用指令，将数据传入数控系统的数据交换区

想要使用S7的通信指令，需要先在软件中“防护与安全”→“连接机制”中打开“允许来自远程对象的PUT／GET通问”。然后我们就可以在main程序块中编写程序。将右侧S7通讯指令中的PUT指令拖拽到程序段，之后对程序块进行编写配置，包括块参数和连接参数，连接参数中需要选择连接所添加的子网以及伙伴连接地址，即808D配置的IP地址，PUT指令块程序参数如图5和表1所示。传输的字节数根据实际需要传输的数据量而定，编译下载成功后，开始测试数据是否传输成功。808D打开PLC状态列表，由于程序中传入数控系统的数据起始地址为5．0的两个字节，所以查看MB5和MB6的状态，博途软件这边则打开并监视监控表，输入内容，查看数控系统的PLC状态是否与自己输入的修改值一致，如在强制监控表中的MB5和MB6存入0011＿1001和0001＿1010；相应的，数控系统中PLC状态列表中，同样可以看到MB5和MB6产生了变化，且数据一一对应。在数控系统的NC程序中，并不能直接使用PLC地址中的数据，所以如果只是传入M地址，对于机床操作人员并不能直接利用，为此，西门子的数控系统808D、828D、840D等系列的机床都提供了一定的存储空间用于NC与PLC交换数据，叫做数据交换区，例如传入DB4900．DBB[5]的数据为25，则在MDA方式下运行R10＝＄A＿DBB[5]，可以在系统变量R参数中看到R10＝25了。因此我们需要修改PUT程序块，将伙伴地址区域的指针指向数据交换区，即将参数“ADDR＿1”的内容修改为“P＃DB4900．DBX5．0BYTE2”。程序保存并下载后，将数控系统的PLC状态表调到我们写入的DB地址，观察对应地址数据是否改变与且与写入的一致。

3．1．3数据处理

至此，NC程序就已经可以使用我们写入的数据了，由于此例中传入的数据值“6713”比较大，超过了256，需要两个字节才能装下所有数据，而NC程序语法只能支持＄A＿DBB而不能识别到＄A＿DBD，所以NC程序需要将两个字节的数据相加处理：R10＝＄A＿DBB[5]＋＄A＿DBB[6]觹256M30;运行上两行程序后，按下数控系统“偏置”软键，可查到数据已传入到R10中，后续怎么利用R参数就可以根据实际情况在NC程序中自由发挥［4］。

3．2用数控系统M自定义参数控制控制外部气缸

3．2．1编码的M信号表

数控系统的M功能代码数据接口在系统出厂时已设置好，有的M代码已被系统使用（如M30表示程序运行结束），有的未被使用，可以用没有被系统使用的M代码来实现自定义功能。首先查询M代码对应的数据接口，表2列出了M0～M99所对应的数据位，该表对于808D和828D系统均适用，840D则不一样。

3．2．2修改数控系统PLC程序

M信号是瞬时脉冲信号，即NC程序执行M80后，数据位DB2500．DBX1010．0只有一瞬间为1，然后恢复成0，若直接用S7通讯中的GET指令将这一瞬间的数据取到PLC是不可能做到的，所以需要对数控系统的PLC做一些程序改动。改动程序需用到PLCProgrammingTool（西门子数控系统PLC程序的软件工具），需要下载西门子官方提供的TOOLBOX软件包，解压安装后，打开软件通讯界面，选择自己的通讯网卡后，将数控系统的IP地址填入“远程地址”栏，最后“双击刷新”。等待软件和系统连接成功、通讯建立完成后，就可以将PLC的程序上传到界面中进行修改，修改前要做好程序备份。在空白网络段编写自己的程序（网络16），该段程序的含义为：始终保持执行M80时，将DB4900．DBX10．0置为1，当执行M81时，将DB4900．DBX10．0置为0。这样，我们就将原来M指令瞬时的触发信号变为暂时保存的信号，并存到数据交换区，方便外部PLC取用。将编写好的程序上传到数控系统中，并打开数控系统的PLC确定改动是否成功。

3．2．3利用S7通讯的GET指令，将信号传递给PLC

GET指令的连接参数与PUT指令完全一致，块参数的的设置如图8所示，将地址“DB4900．DBX10．0”的数据取到S7－1200的M10．0当中，程序保存编译后，在数控系统执行：可以看到PLC的M10．0地址位变为0。M10．0地址接有电磁阀控制的气缸，便可通过执行M指令控制外部气缸了。

4结束语

除了808D数控系统，西门子不同型号的PLC和828D、840D同样可以使用这种方式实现数据的通信传输，充分利用西门子特有的S7协议的优势，达到通信的最优化。用通信的方式进行自动化控制，可以最大程度省略现场接线工作，也可以使控制更加稳定和便于后续维护。

参考文献

［1］向晓汉．西门子PLC工业通信完全精通教程［M］．北京：化学工业出版社，2013

［2］安保钢．NC程序与PLC数据交换功能应用［J］．金属加工（冷加工），2017（7）：53－55

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本文详细阐述了基于ARM的嵌入式数控系统结构模型，分析了嵌入式数控系统的可重构功能，探讨了嵌入式数控系统的实现方案与测试方法。本文为研究数控技术新的发展方向和技术改进奠定了基础，具有一定的参考价值。

关键词：

嵌入式数控系统；体系结构；系统设计；可重构功能；实现方案；测试方法

1.基于ARM的嵌入式数控系统结构模型

1.1数控系统结构模型

该设计方案利用S3C2440作为主CPU对数控系统中的各项任务进行管理及调度。因为采用专业级别的运动控制芯片有利于减短控制系统的研发时间，改善控制系统的性能，减轻繁重的工作量、降低研发所需要的成本。因此，该设计方案选用日本NOVA电子有限公司研制的DSP运动控制专用芯片MCX314As作为控制芯片，对复杂的数控是加工运动进行控制。该嵌入式数控系统主要由硬件层、操作系统层、运动控制软件层三大部分组成，其中，底层硬件层以三星公司的S3C2440作为CPU处理器；中间层是代码开放的Linux操作系统，属于嵌入式数控系统的操作系统层，为了提高该数控系统的实时性，改善操作性能，其内核按照数控系统的要求做了一定裁剪；至于顶层是包含运动控制芯片的控制库函数等各个控制函数的控制系统所需的匹配软件。

1.2数控系统的硬件结构

该系统采用的三星公司的S3C2440处理器具有体积偏小、功耗较少、成本偏低、性能较好等优点，该处理器是基于ARM920T内核的32位RISC架构的处理器，其支持支持Thumb（16位）和ARM（32位）双指令集，可以有效兼容8位和16位的器件。该CPU处理器运算速度相当快，主频最高可达533MHz，能够充分适应多任务操作下的数控计算。该嵌入式数控系统采用的运动控制专用芯片MCX314As具有极高的控制性能，能够对四轴进行控制，可以实现对任意两轴的圆弧和直线插补。在运转过程中，主机处理器仅用向该芯片下达各种复杂的指令，MCX314As芯片按照指令完成一系列的操作和处理。在该嵌入式数控系统中，其硬件中包含了主CPU和从CPU，使用的是主从CPU硬件结构模式。其中，主CPU是对各项任务进行管理和调整的ARM处理器，从CPU是控制数控系统运动方式的MCX314As专用运动控制芯片。

1.3ARM处理器与运动控制芯片的连接

运动控制专用芯片MCX314As的时钟频率为16Hz，由外部直接提供。S3C2440的数据线以及读、写信号直接控制相应的数据线以及读、写信号。因为在该系统中选用16位数据线进行传输，故而必须在运动控制专用芯片MCX314As的H16L8引脚上接入高电平。图2为S3C2440与MCX314As的接口电路图，由图可以看出，为了保障安全，增强信号传输可靠性，实现电平转换，驱动信号，在信号连接两者间加有写着“SN74ALVC164245”的芯片。

1.4数控系统的软件结构

为了确保该系统的实时性，同时也为了使数控系统的硬件设施得到充分利用，该嵌入式数控系统运用了Linux操作系统。该操作系统按照相关要求做了适当裁剪，能够对数控系统进行实时多任务控制，其时效性相当高。

2.嵌入式数控系统的可重构功能

通常情况下，对于中央处理单元，嵌入式系统多采用精简指令集计算技术。然而，在使用专用芯片以及运用微处理机方法时，人们渴望能够拥有性能良好、运算迅速、可靠性强，并且具备高度柔性和强大编程功能的新技术、新方法，这也就是嵌入式系统的可重构功能。所谓可重构，即是利用可重构的相关资源对计算平台进行重构或重组，包括了各类硬件、软件的可重构。拥有可重构的有关资源是进行重构的基础，而满足人类不同的应用需求是进行重构的目的。在没有FPGA的时候，通常是对功能部件进行重用，以实现计算系统的重组。而在FPGA出现以后，通常是将基本的门、线资源进行重用，通过有关配置文件，对门的性质进行设定，对线的连接方式进行定义，从而实现了硬件功能的变化。因为嵌入式数控系统所具备的重构功能和硬件、软件能够裁剪的特征，因此极其有助于实现网络数字控制技术，并且为网络数字系统的设计和应用奠定了基础与捷径。

3.嵌入式数控系统实现方案与测试

3.1实现方案设计

中央数控单元控制运行ARM，在ARM上对主要数控技术进行运作，但是刀补、插补以及间隙补偿应当除外。注意将ARM与显示以及有关键入装置相连接，以实现人与机的交互。插补代码经编译之后应当通过串口发至DSP，ARM需要执行M、S、T指令，逻辑控制指令需要经过异步串行总线MODBUS发至PLC，系统的监控由总线负责，与外部网络的连接由ARM负责，进而完成对整个数控系统的网络化开发、运行、管理、调试、诊断以及监控，等等。

3.2系统测试

在完成MCX314As运动控制板的设计和在Linux操作系统下编写好调试、驱动程序以后需要对该嵌入式数控系统进行一系列的仿真调试。因为MCX314As属于寄存器控制型芯片，其是通过读或写内部寄存器来实现控制的。MCX314As写入的数据来自S3C2440通过总线输入，由此可以读出寄存器的值，再通过比较可以对MCX314As的工作状态进行判别。为了验证该嵌入式数控系统是否正确，需要编写相应的X、Y2轴直线插补程序，最终经过示波器反应实际的脉冲波形图，可以确定该嵌入式数控系统是正确的，能够正常运行。

4.结论与思考

本文介绍了一种基于ARM的嵌入式数控系统结构模型，研究分析了嵌入式数控系统的实现方案与测试方法。在今后的研究工作中可以借鉴本文思想，从资源共享角度考虑，大力增强数控系统的开放性。

作者：李芳 单位：扬州市职业大学

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关键词：K元交换试探算法；最近邻算法；数控系统；加工路径优化

中图分类号：TG659文献标识码：A文章编号：1672-3791(2012)03(A)-0000-00

0. 引言

对数控系统加工路径进行必要的、合理的优化还是具有重要的现实意义的：首先，优化数控系统加工路径能够比较明显地减少数控机床的辅助运动路径，进而实现加工效率的大幅度提升；其次，对于某些具有批量化加工生产需求或者零件加工路径十分复杂的加工任务而言，其加工时间能够显著缩短，不仅降低了企业的生产成本，更是让企业能够获得了非常可观的经济利润。在生产实践当中，如果需要对微量射出标签机、点胶机、绘图仪、PCB 钻孔机以及雕刻机等设备工具进行加工时，通常都会选择优化数控系统加工路径，以便获得更高的加工效率。

1. 优化数控系统加工路径的理论基础

在加工生产领域，利用数控车床系统对零件进行加工时，需要将原材料依照预定的图样将其加工成为成形状各异、大小不同的成品。需要进行加工的过程中，数控系统需要依照预定的加工先后顺序对原材料进行加工，加工设备（刀具、钻头等）从开始加工一直到加工完成所形成的线路图便是该数控系统的加工路径。数控车床类型不同、加工任务不同，相应的其加工任务也存在差异。通常我们可以把数控加工路径进行详细地划分，使之成为“点”、“线段”、“曲线”以及“闭合曲线”等加工要素。通过优化数控系统加工路径，能够让数控机床在加工过程中行走的加工路程最短。加工路程的最短在实质上也就等于加工时间的最短和加工效率的提高，所以说，优化数控系统加工路径能够以更低的成本完成相同数量的任务。

通过以上分析我们知道，优化数控系统加工路径在本质上与数学领域著名的“Traveling Salesman Problem”，即“旅行商人问题”，简称“TSP”。“TSP”描述的内容是：现在有一个旅行商人（Traveling Salesman），他需要对若干个的城市进行拜访，并且要提前确定自己的行走路径。但是对行走路径的限制是，每一个城市只能够行走一次，并且最后必须要回到原来的城市，简而言之，旅行商人（Traveling Salesman）规划行走路程的最短行走路程应该是所有行走路程方案当中距离最短（时间最少）的一种。在这里，我们可以将数控机床的刀具或者钻头理解为旅行商人（Traveling Salesman），将数控加工当中的任务点看作“城市”。

“TSP”的数学描述是：存在一个距离矩阵：M=（Mab）（其中，a，b=1，2，3，……，n；a，b均为整数），Mab代表的含义是点a到点b之间的距离。主要目的就是找到一个从1开始至n结束的整数序列（a1，a2，a3，……，an）能够保证（Ma1a2+Ma2a3+Ma3a4+……+Mana1）所得到的数值最小。即，求“TSP”的最优解。在本文中，主要利用K元交换试探算法以及最近邻算法来求解。

2. K元交换试探算法以及最近邻算法的优化对比

2.1 K元交换试探算法

我们知道，一条完整的路径可以按点划分为各种段。对于任意给定的一条已知路径，交换其中的K段，如果交换后生成的新路径比交换之前的路径优，则以新路径作为参考路径再重复交换的步骤，这样尝试完所有可能的交换得到的路径就可以认为是算法的解。本文的实验的算法是三元交换：

组成路径的点集用T表示，Xa（T2a-1，T2a），Ya（T2a，T2a+1）表示，用Z表示交换前后的路径增益，用Yb段替代Xa段产生的增益 ，如果Z=Z1+Z2+Z3+……+Zk≥0，就显示交换之后的总路径比交换之前的总路径要小，即此次 k 元交换有效，如此往复最后得到的将是这个算法下的最优解。这里需要注意的是选择Ya的限定条件：为了简化编程和减少计算量，限定Ya只在距离T2a的最近五个点之中寻找T2a+1。

2.2 最近邻算法

最近邻算法又被称为贪婪算法。它的思想是每次移动前都寻找离当前所在点最近的点作为目的地。具体步骤如下：

第一步，从任意点a1=1，2，3，……，n出发寻找与出发点最近的点a2；第二部，把a2作为起点重复第一步操作，直到回到a1。

对于 n 点的路径，这种算法得到的解基一般会超出最优解25%。特别需要注意的是，对于某些情况下，最近邻算法得到的解可能会是个很差的结果。

3. 结语

K元交换试探算法的步骤和编程实现均比较繁杂、计算量较大；而最近邻算法的特点在于步骤简单、编程较为容易、且计算量较小。可以看到在点的个数比较小的情况下，两种算法得到了同样的最优解，这时可以采取最近邻算法。但是当点的个数增加到一定数目时，K元交换试探算法更具优势，它的解比最近邻算法得到的解更优，这时应当采取K元交换试探算法。

参考文献

[1] Johnson DS，McGeoch LA. The Traveling Salesman Problem： A Case Study in Local Optimization. Local Search in Combinatorial Optimization. Chichester；New York： John Wiley and Sons，1997，：215-310.

[2] Keld Helsgaun. “An Effective Implementation of K-opt Moves for the Lin-Kernighan TSP Heuristic”. Writings on Computer Science. Roskilde University，2007，Vol.109：225-226.

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关键词：ARM技术；PCB钻床；数控；系统

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.250

0 引言

PCB是印刷电路板的简称，是一种现代化的电子设备中的重要部分，也是不可缺少的一部分，能够让设备和仪器具有非常大的稳定性和可靠性，也可能成为一部仪器成功或者失败的关键要素，能够对电子仪器的生成以及设备的成本产生一定的影响力，并且对产品在市场上竞争力也有一定的影响，因此本文主要对ARM技术的PCB钻床数控系统进行研究。

1 对ARM技术数控平台的分析

1.1 ARM技术数控平台优势的分析

ARM内核处理器具有非常高的性能，还有比较低的能耗，并且成本也非常低，开发过程简单等等一系列优势，在测控系统中已经由八位机上升到三十二位机，本文所研究的就是某公司生产的S3C44BOX类型的锌片，工作的主频比较大，片内也非常丰富，给设计提供了非常好的硬件类型平台。伴随着嵌入方式实时操作系统的使用，还有嵌入方式系统本身操作性也非常高，具有专用性和很高的可靠性，能够成为微控制系统当中的一种任务管理平台，能够给上层的软件提供一种可靠性的管理保障。

1.2 ARM为控制器的PCB钻床数控系统设计

由于市场的需要，对于此次设计指标上有如下的分析，三坐标四个伺服轴，还有Z轴，也就是主轴在进给过程中需要进行双驱动轴的同步进给。钻孔的频率为每分钟三百次，丝杠的螺距离为6毫米，定位非常精准，在主轴上使用气浮类型的轴承，最高的转动速度为135000R/min，有16级别的调节速度，调节的速度由四路开关量方面进行控制，自动的对钻头做好更换，一共有12个钻头，刀库的位置也可以任意的进行设置，钻孔的直径为0.2-6.5毫米。在机器中，所使用的基础件主要有底脚、横梁以及床身还有工作台等等，这些基本都是济南青，或泰山青。在面板的控制上主要是单向的控制，能够在电动机上实现XYZ方向的原点启动，经过快速的移动，实现钻孔的功能，也可以输入一些少量的程序。在设计上，为了方便并且实现软件和硬件的各项功能，其中有地动机的速度调节，钻头以及工作平台的调节，可以选择一个首孔，然后任意一点当成是工作原点，版面的旋转和版面镜像形成时有三种选择，一种是手动模式、一种为单步模式还有一种是自动模式。状态的显示是通过LCD显示屏显示的，其检测系统当中主要有气浮轴承气压检测还有换刀气压检测以及断钻的检测。因为钻床数控系统本身的特点需要电动机具有驱动器，在整个机床上的传导需要是精密类型的滚珠杠和直线类型的滚动导轨。

1.3 电气系统的设计

在ARM微处理四轴联动上的加工上，控制面板的主要作用是为整个数控系统运行服务的，还可以增加少量的孔位和文件。若是数控的钻床非常多，有多个孔位需要进行加工，那么仅仅依靠人工的方式是不可行的，工作量太大。因此需要在系统设计上使用USB接口，这能够让系统和PC之间实现通讯，此种类型的通讯主要是为了能够接受来在PC方面的孔位信息和文件，此种设计也比较支持现场的工业以太网结构，为后续的系统扩展打下了深厚的基础[2]。

在此系统当中，有几种类型，分别是电动机控制信号还有原点信号以及限位信号等等，控制器以及外部信号之间都使用了光电耦合的形式，DC12V是由开关电源提供使用的[3]。如图1所示：

2 软件结构构造分析

在软件的结构方面，需要对内核进行扩展，并且将其放在具体的应用过程中。系统的内核，主要任务就是能够在多个任务当中进行同步的调动以及同步任务的趋同，在相应的程序系统当中实现主流任务的操作，以此完成客户的要求。用户使用程序需要建立起自己的任务，每一个任务之间还需要做好协调性的工作，各种各样的系统消息要进行罗列，在软件设计的基础上要从整体布局出发，将应用程序分成不同个独立的模块，实现内部系统的完善。本文所讨论的是使用串口接收prtoel的方式，放入孔位文件，并且将其放在flash当中。控制面板在发出指令以后，能够到孔位文件上进行不同程度的优化，然后再放入到Flash当中。做完这些工作以后，在控制面板的控制方向上完成PCB孔位的加工工作[4]。

3 结束语

综上所述，本文对ARM技术的PCB钻床数控系统进行了分析和研究。科学技术的不断发展，需要对各项设备也进行更新，这样才能够促使系统的完善，让其对生产生活产生较大的积极性影响，促进经济指标的提升，增强劳动生产效率。此文所讲的系统能够实现小型化、实时性以及专用化的操作，进而克服单片控制系统所出现的种种弊端性问题。

参考文献：

[1]刘刚.ARM技术在广播发射机控制器设计中的应用[J].数字技术与应用，2016，25（02）：23-24.

[2]方红花.基于Zigbee和ARM技术的楼宇智能照明系统研究[J].科学与财富，2015，7（12）：173..

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【关键词】数控系统；参数；数据备份

引言

数控设备使技术密集型和知识密集型机电一体化产品，其技术先进、结构复杂、价格昂贵，在各行各业的生产上都发挥着重要作用。

数控机床参数用于调整机床功能，是机床厂家根据机床特点设定的，决定数控机床的功能和控制精度，是保证数控机床正常工作的关键，一旦参数丢失或误改动，容易使机床的某些功能不能实现或系统混乱甚至瘫痪，如轴补偿数据，是根据每台机床的实际情况确定的，即便是同厂家、同型号的两台机床，也是不一样的，一旦丢失，就需要用激光干涉仪重新进行检测、补偿，需要大量时间和精力，给工作带来很大的不便。所以在数控机床安装调试完毕或进行重大调整后，进行正确、完整、有效的参数备份是非常必要的。

1、参数恢复的方法

一般情况下，当参数发生改变和丢失时可以采用以下两种方式进行参数的恢复。

1.1根据故障现象进行正确的参数设置

这种方法适合处理许多常见的机床故障，例如主轴准停位置的调整，机床原点位置的调整，补偿反向间隙，螺距补偿参数设置等等。但是由于数控系统的参数数量非常相当庞大，当参数大范围丢失和改变时，最好借助于参数的备份与回装完成参数的恢复任务，这样既简单又可以保证准确性。

1.2利用机床的备份数据进行参数的下载和恢复

利用机床的备份数据进行恢复方法简单易行，效率高，可靠性高，是进行参数恢复的主要手段。下面着重介绍针对不同数控系统数据备份的方法和步骤。

2、常见数控系统参数备份和参数恢复的方法与步骤

2.1SINUMERIK 802D SL的参数备份与回装

SINUMERIK 802D SL的参数可以在系统内部备份，也可在CF卡上备份，或在计算机硬盘上备份。在机床调试完毕后，应备份以下数据：

机床数据（文本格式）/螺距误差补偿（文本格式）/刀具数据（文本格式）

开机调试存档（NC/PLC）包括NC、PLC、驱动器的所用数据

开机调试存档（HMI）包括语言、在线帮助、用户开机画面

PLC-项目包括PLC备份及用户报警文本

2.1.1数据内部备份

802Dsl配备了闪存和静态存储器（由高能电容维持信息）。数据的内部备份可以通过“数据存储”软菜单键实现。但是内部备份的数据不包括PLC应用程序和用户报警文本，PLC应用程序和报警文本均直接存储在闪存内。“内部数据备份”是将静态存储器中所有生效数据存储到闪存中。

802Dsl在上电自检时，对静态存储器的进行检测，如果存储器掉电，则系统会自动将闪存内存储的数据复制到静态存储器中，并且会有提示报警：04062-存储数据已经加载.

2.1.2存储到CF卡上

在CF卡上备份数据只需在802D SL 操作：选中需要备份的数据，用软菜单键[复制]后，进入[客户CF卡]菜单，用[粘贴]键即可将备份文件复制到CF卡上。

2.1.3存储到外部计算机硬盘上

首先利用准备好的“802Dsl调试电缆”将计算机和802Dsl的COM1 连接起来：从WINDOWS的“开始”中找到通讯工具软件RCS，并启动：在Control 802D中找到需要备份的文件后，用鼠标将其拖到计算机的目录下即可。

2.2SINUMERIK 840D系统的参数备份与恢复

SINUMERIK 840D系统本身的硬件配置也不近相同，对于MMC103、PCU50和PCU70来说，可以选择硬盘备份、软盘备份、NC卡备份和数据外部备份等多种数据备份形式，而对于PCU20及以下配置则由于本身没有硬盘不能选择硬盘备份。下面主要介绍常用的硬盘备份，硬盘备份还可以分为系列备份和分区备份两种类型。

2.2.1系列备份与数据查看

在840D主界面中有6个分区，数据管理功能的各种操作主要位于Service区。通过用户扩展键，可以打开系列备份的对话框，其具体步骤如下：

数据备份后，需要进行数据查看，以确定数据备份的内容是否正确。具体步骤如下：

2.2.2分区备份与数据查看

分区备份只能针对NC数据进行备份，备份后的文件可以进行编辑。备份的步骤如下：

备份成功后，查看步骤如系列备份查看方法相似，不再累述。

2.2.3系列备份与分区备份的区别

系列备份可以针对NC/PLC以及MMC/PCU中的文件，且所备份的文件类型为*.ARC.该备份文件不能进行编辑，而且当数据回装时，只能针对相同版本的数据进行回装。

分区备份只能针对NC中的文件进行备份，所备份的文件类型为：*.INI。该备份文件可以进行编辑、修改、保存，且不同版本的系统也可以进行回装，如对丝杠螺距误差补偿单个文件的传输，则能够节省时间，提高效率。

2.2.4数据的回装

在数据回装时，需要先装NC数据，再装PLC数据，否则可能会引起出错报警。

（1）系列备份数据回装步骤：

（2）分区备份数据回装

进行分区备份数据回装时，需要进行两步工作，首先选择备份数据所在的文件夹，然后选择需要回装的文件。具体步骤如下：

2.3Fanuc i系统的参数备份与回装

对于Fanuc i系统可以使用CF卡进行数据传输，也可以使用RS232接口进行数据传输。

2.3.1数据备份方法与步骤

（1）将PC机或CF卡与数控机床连接好，如果使用CF卡，在Setting画面I/O通道一项中设定I/O=4。如果使用RS232接口则根据硬件连接情况设定I/O=0或I/O=1。

（2）计算机侧装好相应的通讯软件，例如DNC软件或PC IN软件，并起动该软件。

（3）在系统侧选择EDIT模式，并通过参数设定输出代码（ISO或EIA）

（4）按下功能键SYSTEM，按软键PARAM，按操作软件，按操作扩展键，再按软件输出，按下软件ALL，然后按执行。备份数据将按照已设置好的格式输出。

2.3.2数据回装方法与步骤

（1）系统侧选择编辑模式，并在SETTING画面中，将PWE值改为1，这时机床会出现P/S100报警，这并不影响数据传输。

（2）为了确保安全，需要按下系统急停按钮。

（3）按下功能键SYSTEM，按软键PARAM，按软键操作，按操作扩展键，再按软件INPUT，然后按执行。当画面右下脚的INPUT字样消失时，说明参数输入完成。

（4）在回到SETTING界面中，将PWE改为0，重新启动系统。报警消失，参数传输过程结束。

从以上的阐述可以看出，对于不同的数控系统其参数备份方式是不同的，即使都为SIEMENS的数控系统，SINUMERIKE 802D SL系统和SINUMERIKE 840D系统的参数备份方式也相差很大，FANUNC 0系统还要手动输入900号以后的特殊参数。所以针对不同的数控系统，在进行参数备份前，最好先查阅其调试手册或维修说明书，保证所备份参数完整、正确、效性。

3、结论

本文根据数控维修过程中的实践经验，系统分析了在数控机床中常见的参数丢失的原因和恢复方法并归纳总结了几种常见数控系统的参数备份与回装的步骤。虽然这些方法具有普遍性和代表性，但是在具体到某个机床的某个故障时，还是要根据具体情况，灵活掌握运用，希望本文介绍的方法可以为数控设备维修工作的初学者提供一点参考。

参考文献

[1]SINUMERIK 802D SL简明安装调试指南.西门子自动化，2008，5.

[2]任建平等.数控机床诊断及维修[M].国防工业出版社，2002.

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关键词：数控系统 参数 设置

无论哪个公司的数控系统都有大量的参数，有的一项参数又有八位，粗略计算起来一套CNC系统配置的数控机床就有近千个参数要设定。这些参数设置正确与否直接影响数控机床的使用和其性能的发挥。特别是用户能充分掌握和熟悉这些参数的设置，将使一台数控机床的使用和性能发挥上升到一个新的水平，也给数控机床的故障诊断和维修带来很大的方便，参数的修改还可以开发CNC系统某些在数控机床订购时没有表现出来的功能，对二次开发会有一定的帮助。

1.显示参数的操作

1）按MDI面板上的“SYSTEM”功能键数次，或者按“SYSTEM”功能键一次，再按[参数]软键，选择参数画面。

2）参数画面由多页组成，可以通过以下两种方法选择需要显示的参数所在的画面。

（1）用光标移动键或翻页键，显示需要的画面。

（2）由键盘输入要显示的参数号，然后按下[搜索]软健，这样可显示指定参数所在的页面，光标同时处于指定参数的位置。

2.用MDI设定参数

1)在操作面板上选择MDI方式或急停状态。

2)按下“OFS/SET”功能键，再按[设定]软键，可显示设定画面的第一页。

3)将光标移动到“参数写入”处，按[操作]软键，进入下一级画面。

4)按 [NO：1]软键或输入1，再按 [输入]软键，将“参数写入”设定为1；这样参数处于可写入状态，同时CNC发生100号报警。

5)按“SYSTEM”功能键，再按[参数]软键，进入参数画面，找到需要设定参数的画面，将光标置于需要设定的位置上。

6)输入参数，然后按“INPUT”键，输入的数据将被设定到光标指定的参数中；

7)参数设定完毕，需要将“参数写入”设置为0，即禁止参数设定，防止参数被无意更改。

8)同时按下“RESET”键和“CAN”键，解除100号报警；有时在参数设定中会出现报警000（需要切断电源），此时要关闭数控系统电源再开启。

3.上电全清

系统第一次通电时，最好先做一次全清，所谓全清就是将系统所有参数恢复出厂设置，即在系统启动过程中，同时按下MDI面板上RESET+DEL键。全清后一般会出现如下报警：100#参数写保护打开；506/507#硬超程报警；417#伺服参数设定不正确；5136#FSSB放大器数目少。在初次调试时最好进行全清，如果只是进行参数的修改，切勿全清！

4.设定语言及对比度

1)在操作面板上选择“MDI”方式，按“OFS/SET”功能键，再按[设定]软键，找到设定画面，将“参数写入”选项设置为1。

2)按下“SYSTEM”功能键，再按[参数]软键，找到参数设置画面，在MDI键盘区域输入3190，然后按[搜索]软键，在屏幕上显示3190号参数，然后在MDI键盘区输入1000000，按“INPUT”键，将3190号参数的第6位设置为“1”，即设置系统语言为简体中文；出现报警“000请关闭电源”，按操作面板上的“停止”按钮，再按“启动”按钮，重启数控系统。

3)按“OFS/SET”功能键，再按[设定]软键，找到设定画面，移动光标键到对比度选项，按[操作]键，通过按[ON：1]或[OFF：0]，调整合适的对比度；找到日期和时间选项可以设定当前日期和时间。

5.参数设置

通常情况下，在参数设置画面输入参数号就可以搜索到对应的参数，从而进行参数的修改，同时，FANUC数控系统还提供了一种简单快捷的操作方式，即“参数设定帮助菜单”，在这里可以分类设置参数。

按几下“SYSTEM”功能键，进入“参数设定帮助菜单”画面；按一下“Page ”进入下一界面。

在“参数设定帮助菜单”画面中，移动光标键，使光标停留在要设置的参数所在的选项，按下[操作]软键，再按[选择]软键，进入参数设置画面，在此分别设置各参数值；当光标移到某一参数时，在画面的左下角会显示此参数的含义和设置选项。

有些参数以8位数值显示时，在系统屏幕上从右到左依次为第0到第7位，下文中以“XX#0”表示第XX号参数的第0位，以“XX#2”表示第XX号参数的第2位。

1）按下“SYSTEM”功能键，再按[参数]软键，找到参数设置画面，在参数设置画面可以设置I/O通道（20#）、各轴的互锁信号无效（3003#2=1）、实际进给速度显示（3105#0=1）、主轴倍率显示（3106#5=1）、伺服调整画面显示（3111#0=1）、主轴调整画面显示（3111#1=1）、操作监控画面显示（3111#5=1）和主轴最高转速（3741#）等。

2）在“参数设定帮助菜单”画面中，选择“伺服设定”，进入“伺服设定”画面，按下[操作][选择][NEXT]扩展键[切换]显示设定画面，在本画面中可以设置电机代码、指令倍乘比、柔性齿轮比N、方向、速度反馈脉冲数、位置反馈脉冲数等，通过[轴变更]软键，在X轴和Z轴之间切换。

3）在“参数设定帮助菜单”画面中，选择“主轴设定”，进入“主轴设定”画面，可以设置：主轴最高速度、电机最高速度、电机回转方向和位置编码器旋转方向等。

4）在“参数设定帮助菜单”画面中，选择“轴设定”，进入“轴设定”画面，可以设置：参考点返回方向、CNC控制轴数，空运行速度，各轴快速运行速度，所有轴的最大切削进给速度，各轴手动连续进给速度，各轴的手动快速运行速度，各轴反向间隙等。

注意：有些参数设定后，要先断电再上电才能生效，不同的机床有些参数的设定值也不同。

结语

数控机床的制造厂在机床出厂时就会把相关的参数设置正确、完全，同时还给用户一份与机床设置完全符合的参数表。在数控机床验收时，应把随机所带的参数与机床上的实际设置进行校对，搞清参数的含义，为将来故障诊断扫除障碍。

参考文献：