注册资产评估师《机电设备评估基础》预习：CNC装置的硬件结构

第五章 数控机床及工业机器人

　　知识点八、CNC装置的硬件结构

　　微处理器（CPU）是CNC装置的核心，由运算器和控制器两部分组成。

　　微处理器的品质决定了CNC装置的档次。CPU的主要指标是主频和字长。主频决定了工作速度、字长指的是同时处理二进制数据的位数。

　　总线：总线是CNC装置各部分之间传送信息的公共通道。

　　按照信号的物理意义，总线分为数据总线（双向总线）、地址总线（单项总线）和控制总线。数据总线为各个部分传送数据；地址总线传送的是地址信号；控制总线传输的是控制信号。

　　接口协议：为使不同的设备能够连接在一起协调地工作，必须对设备的连接进行统一的规定和必要的约束，这种约束就是接口协议。实现接口协议的硬件设备叫接口电路，简称接口。

　　CNC装置的接口电路包括与机床侧的信号输入输出接口、与上位机的通信接口以及各种标准输入输出设备的接口。

　　（一）单微处理器结构与多微处理器结构CNC装置（掌握）

　　1.单微处理器结构CNC装置。

　　结构：单微处理器CNC装置只有一个微处理器，或虽然有两个以上的微处理器，但其中只有一个微处理器能够控制总线，而其他微处理器不能控制系统总线，不能访问主存储器，各微处理器组成主从结构。

　　工作方式：集中控制，分时处理。

　　单微处理器结构的CNC装置几乎都采用以总线为中心的计算机结构。

　　工作原理：CPU 通过总线与存储器、可编程控制器PLC、位置控制器及各种接口相连。

　　单微处理器CNC装置中微处理器（CPU）是核心；总线是CNC装置各部分之间传送信息的公共通道。

　　机床I/O接口要求：必要的电隔离，电平转换和功率放大。

　　分类：按照印刷电路插接方式的不同，单微处理器结构的CNC 装置可以分为：

　　（1）大板结构：CNC装置由主板和辅助功能板（卡）组成。

　　主板为大印刷电路板，CNC装置的主要功能都集在这块板上。板上有微处理器、存储器、定时与中断控制电路、位置控制电路及标准接口等。

　　辅助功能板为小印刷电路板，如PLC板、I/O控制板、CRT显示控制板、附加存储板等。辅助功能板插在主板的插槽内，受主板驱动。

　　（2）模块化结构。将CNC装置的配件按功能划分成模板，每个功能模块都制成尺寸相同的印刷电路板，称为功能模板。

　　常见的功能模板有CNC控制板、位置控制板、PLC板、CRT显示控制板、通信板等。

　　采用标准总线作为母版。将各功能模板插在母板上。

　　【提示】由于全部数控功能都由一个微处理器完成，所以，整个CNC装置的功能将受到CPU字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的影响。

　　2.多微处理器结构CNC装置。

　　与单微处理器结构CNC装置相比，运算速度更高，更适合于多轴控制、高进给速度、高精度、高效率的数控要求。

　　多微处理器结构CNC装置多采用模块化结构，每个功能模块分管各自的任务。由于采用模块化结构，采取积木方式组成CNC装置，因此具有良好的适应性和扩展性。发生故障时可及时更换模块。

　　模块化结构的多微处理器结构CNC装置中的基本功能模块一般有以下六种。

　　（1）CNC管理模块。

　　（2）CNC插补模块。

　　（3）位置控制模块。

　　（4）存储器模块。

　　（5）PLC模块。

　　（6）指令、数据的输入输出及显示模块。

　　多微处理器CNC装置各模块之间的连接和通信主要采用共享总线和共享存储器两类结构。

　　（二）专用CNC装置与开放式CNC装置（了解）

　　专用型CNC装置结构紧凑、布局合理、技术成熟。在制造业中得到广泛应用。但由于采用封闭式的体系结构，系统硬件是专用的，组成系统的功能板及其之间的连接方式都是专门设计而不能通用；系统的软件结构也是专用的，细节对外不公开，不能提供给用户。所以带来很大的不便。

　　CNC装置的开放化是制造业最终用户、机床生产厂家以及CNC装置生产厂家共同的需求。CNC装置的开放化主要体现在：

　　（1）系统组成内部的开放化，即系统内部硬、软的公开化。这样，不仅降低了开发成本，而且还能开发出理想的、适合用户需求的各种功能。

　　（2）系统组成各部分之间的开放化，即各组成部分（如CNC、伺服驱动、主轴驱动等）之间的接口标准化。这样就可以从众多的组件生产厂家中选择最佳组件构成整机。

　　开放式CNC装置，常称为PC-NC系统，其组成方式一般有以下几种：