专利名称：一种微机控制二维数字仿真系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及数控技术领域，具体地，涉及一种微机控制二维数字仿真系统。
背景技术：
随着现代科学技术的迅速发展，IP业的迅速崛起，社会生产力得到巨大的发展和改善，并且加速、带动了各行业各业的发展。社会对产品的需求也日益增大，这样就刺激了产品生产企业对现有生产设备的改造、更新。尤其对机械制造行业来讲，原有的机械加工设备已远不能满足现有的生产需求，只有更新换代使用数控机床才能生产制造出高、新、尖的产品，提高生产率，在日益竞争激烈的市场占有一席之地。自从数控机床问世以来，经过几十年的发展，世界上主要工业化国家的数控程度已大大提高，机床数控化的普及率也不断提高。我国从改革开放以来，加快了数控机床技术的引进和发展，促进了我国机床数控技术的普及和发展，各大型企业引进数控机床扩大再生产，现在，上到国有大型企业，下至私人企业、家庭作坊几乎都有数控设备。但是，目前对数控技术的仿真实验的安全性较差，数控操作及编程人员的培训费用较高，使得数控技术的发展受限制。随着计算技术的飞速发展及微电子产业的蓬勃发展，尤其是虚拟现实技术和理念的发展，需要产生可以模拟实际设备加工环境及其工作状态的计算机仿真系统。在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中至少存在安全性差、使用不方便与成本高等缺陷。
实用新型内容本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种微机控制二维数字仿真系统，以实现安全性好、使用方便与成本低的优点。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种微机控制二维数字仿真系统，包括通过数据总线连接的PC机(即计算机)与运动控制卡，分别与所述PC机的输入端及运动控制卡的输入端连接的输入单元，与所述PC机的输出端连接的电磁控制单元，以及分别与所述PC机的输出端及运动控制卡的输出端连接的控制单元。进一步地，所述输入单元，包括与PC机的输入端连接的运动控制函数库输入模块，以及与运动控制卡的输入端连接的行程原点设定模块。进一步地，所述电磁控制单元，包括依次与PC机的输出端连接的开关量控制卡、固态继电器及电磁铁。进一步地，所述控制单元，包括横向设置、且与运动控制卡的输出端依次连接的第一步进电机驱动器及第一步进电机，以及纵向设置、且与运动控制卡的输出端依次连接的第二步进电机驱动器及第二步进电机；所述PC机的输出端，分别与第一步进电机驱动器及第二步进电机驱动器连接；第一步进电机驱动器与第二步进电机驱动器连接。[0012]进一步地，所述运动控制卡，包括主控制器，以及分别与所述主控制器连接的PC接口及光电隔离口；所述PC接口，通过至少包括ISA总线的数据总线，与PC机的CPU连接；光电隔离口，与控制单元连接。进一步地，所述主控制器包括单片机。进一步地，所述运动控制卡的型号为MDC300。本实用新型各实施例的微机控制二维数字仿真系统，由于包括通过数据总线连接的PC机与运动控制卡，分别与PC机的输入端及运动控制卡的输入端连接的输入单元，与PC机的输出端连接的电磁控制单元，以及分别与PC机的输出端及运动控制卡的输出端连接的控制单元；可以通过PC机结合由主控制器(如单片机)控制的驱动板(即电磁控制单元与 控制单元)，组成主从式控制结构，实现模仿数控机床的工作原理及过程，增强操作者的感性认识，并很快掌握数控技术的原理及数控编程；从而可以克服现有技术中安全性差、使用不方便与成本高的缺陷，以实现安全性好、使用方便与成本低的优点。本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中图I为根据本实用新型微机控制二维数字仿真系统的工作原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。根据本实用新型实施例，提供了一种微机控制二维数字仿真系统。如图1(可以显示该微机控制二维数字仿真系统所在主工作台及传动装置的控制框图)所示，本实施例的微机控制二维数字仿真系统，包括通过数据总线连接的PC机与运动控制卡，分别与PC机的输入端及运动控制卡的输入端连接的输入单元，与PC机的输出端连接的电磁控制单元，以及分别与PC机的输出端及运动控制卡的输出端连接的控制单元。这里，该运动控制卡(如型号为MDC300的运动控制卡)，包括主控制器(如单片机)，以及分别与主控制器连接的PC接口及光电隔离口；PC接口，通过至少包括ISA总线的数据总线，与PC机的CPU连接；光电隔离口，与控制单元连接。其中，上述输入单元，包括与PC机的输入端连接的运动控制函数库输入模块，以及与运动控制卡的输入端连接的行程原点设定模块。电磁控制单元，包括依次与PC机的输出端连接的开关量控制卡、固态继电器及电磁铁。上述控制单元，包括横向设置、且与运动控制卡的输出端依次连接的第一步进电机驱动器(如步进电机X驱动器)及第一步进电机(如步进电机X)，以及纵向设置、且与运动控制卡的输出端依次连接的第二步进电机驱动器(如步进电机Y驱动器)及第二步进电机(如步进电机Y) ;PC机的输出端，分别与第一步进电机驱动器及第二步进电机驱动器连接；第一步进电机驱动器与第二步进电机驱动器连接。上述实施例的微机控制二维数字仿真系统，可以模拟实际设备加工环境及其工作状态的计算机仿真系统。该微机控制二维数字仿真系统，可以用计算机进行仿真实验，通过微机控制实现模仿数控机床的工作原理及过程；也可以用计算机仿真系统进行培训，不仅可迅速提高操作者的素质，而且安全可靠、费用低。上述实施例的微机控制二维数字仿真系统，要求有PC机控制，使用机床DMC300运动控制卡，控制单元由步进电机控制器(如步进电机X驱动器和步进电机Y驱动器)和步进电机(如步进电机X和步进电机Y)构成；控制界面可以使用可视化的Windows用户界面,达到操作界面合理、简单，合理的软硬件设计使系统工作可靠，各种保护使系统达到免维护运行且通过软件升级可增强功能。 上述实施例的微机控制二维数字仿真系统，是通过台式微型计算机(如PC机)结合由单片机控制的驱动板，组成主从式控制结构，实现模仿数控机床的工作原理及过程，增强操作者的感性认识，并很快掌握数控技术的原理及数控编程。该微机控制二维数字仿真系统，主要由主机(即工控主机)、计算机、DMC300运动控制卡、驱动器及步进电机等组成，使用时，计算机和DMC300运动控制卡构成的主从控制结构，输出梯形曲线控制信号，由PC机实现人机交互操作，所有控制指令由PC机发出，通过总线式并行通讯控制PC机及ISA扩展槽内的运动控制卡，控制步进电机驱动器，由步进电机驱动器使步进电机运转，从而驱动工作台上移动桥和移动笔架，最后由移动笔架上的绘图笔在绘图区绘制图形；控制精度由对加工零件图纸的细分程度及步进电机的步距角决定。上述实施例的微机控制二维数字仿真系统，主要包含由两个控制板组成的运动控制系统其中一个为执行运动函数的控制卡；另一个为执行开关量的控制卡。其中⑴运动函数控制卡由计算机经过计算的矢量曲线分解为X、Y坐标的脉冲量和方向量来控制步进电机驱动器，由两个坐标的运动又合成所要求的曲线；⑵开关量控制卡根据程序要求来保证绘图笔运动与否，使步进电机驱动器脱机。抬笔信号来保证程序在空运动期间抬笔；⑶检测开关是用来检测原点和超程的信号，反馈给计算机，停止发送信号。上述实施例的微机控制二维数字仿真系统，所包含的软件功能说明如下软件系统是中文Wind0ws98平台上的管理软件，集公式曲线输入、屏幕图形预显、图幅设置、绘图输出、文件保存等功能于一体的综合软件，按钮化的用户操作界面，使操作简单、方便、直观。主要功能设置如下⑴打开打开已保存过的文件；图幅设置设定当前图纸幅面；运动参数设置设置它的初速度、最高速度、加速度；指令输入输入运动指令并存储当如文件。输入曲线输入公式曲线的参数；删除曲线删除所选曲线；屏幕绘图在主窗口预显示图形；绘图输出同步在主窗口显示图形和在主机上绘制出预先编制的图形；[0043]回原点要求主机回到预定的原点位置；开始一切准备就绪后，按开始既可开始绘图；比例设置可对预先编制的图形尺寸进行放大或缩小；坐标显示显示坐标点当前的位置。⑵主要功能特点与技术指标①主要功能特点概述编程格式符合ISO国际代码标准；通过可视化的Windows用户界面，实现人机交互操作； 用汇编语目的编程和C++语目均可编程；两个运动轴能以独立的形式进行点位运动、连续运动和回原点运动；能以特定的矢量速度执行线性、圆弧、椭圆插补运动。参与插补运动的各轴同时开始运动，并且按照特定的算法同时到达各自的目标位置。线性插补允许两轴沿直线运动；圆弧类插补允许两轴沿着圆弧或椭圆运动；使用屏蔽线缆，并且所有的输入、输出信号均用光电隔离，提高了控制卡的可靠性和抗干扰能力；无间隙传动机构和细分小步距、大扭矩步进电机保障了快速移动和动作回程点的定位。定位精度为移动速度大于5米/分钟，(O. 4mm小于5米/分钟O. 2mm②技术指标混合式步进电机日本KH56KM2-851 (I. 8° I. ON · m)驱动器四通SH20402A (最大64细分)直流开关电源24DCV(10A),5DCV (ΙΑ)设计指标有效绘图区845X594mm (Al幅面)绘图笔最快速度700mm/min绘图笔定位精度< O. 3mm供电方式AC220V/50Hz控制单元最大工作功耗30W使用环境条件温度-40—+85°C，相对湿度< 85% ;海拔高度〈2000米。上述实施例的微机控制二维数字仿真系统，可以带来的有益效果包括机械设计要求结构紧凑合理、构造简单、外型美观、大方；传动使用无间隙齿轮齿条，要求平稳、不失步；机械噪音小；自润滑性能好；整机重量轻，便于移动。Windows下的运动控制程序等二个方面阐述其技术难点与实现。⑴抗干扰设计该微机控制二维数字仿真系统的抗干扰性能是系统可靠性的重要指标，也是又一个难点。抗干扰问题解决的不好，不仅会造成系统死机、重启、程序混乱等现象，而且将影响数据的可靠传输及整个系统的可靠运行，因而也是需要解决的关键技术。本系统主要干扰源来自电网浪涌和尖峰干扰及空间电磁干扰等，硬件设计上对电源系统的抗干扰措施选用了优质单相电源滤波器以及主要电路另加退耦电容、滤波电容等，用于仰制电源线上的噪声和尖峰干扰。同时，DMC300的接线方式采用D型插头，可使用屏蔽线缆，并且所有的输入、输出信号均用光电隔离，提高了控制卡的可靠性和抗干扰能力。确保系统的硬件安全性能。软件设计上采取数据多重校验的对策剔除干扰造成的错误数据，保证系统的安全可靠运行。⑵Windows下的运动控制思路为了开发基于Windows的运动控制程序，用户可以使用VC6. O或更高版本。按运动类型分类，主要有三种类型点位运动、连续运动和回原点运动；按运动方式可分为独立运动和插补运动两种；按运动速度可分为常速运动和梯形速度两种。点位运动中，被控轴以各自的速度分别移动指定的距离，在到达目标位置时自动停止。在两轴点位运动中，各轴同时开始运动，但不一定同时到达目标位置。在DMC300函数库中共提供了六个点位运动指令函数可供调用。 连续运动中，被控轴以各自的速度按给定的方向一直运动，直到碰到限位开关或制动时才会停止。在DMC300函数库中共提供了六个连续运动指令函数可供调用。回原点运动中，被控轴以各自的速度按给定的方向一直运动，直到碰到原点信号、限位开关或制动时才会停止。在DMC300函数库中共提供了六个回原点运动指令函数可供调用。插补运动中，两轴按照一定的算法进行联动，被控轴同时启动，并同时到达目标位置。插补运动以矢量速度运行。线性插补运动中，两个轴以矢量速度(常矢量速度或梯形矢量速度)作线性联动，每个被控轴的运动速度为矢量速度在该轴上的分速度，各个被控轴同时启动，并同时到达目标位置。DMC300函数库中提供四个线性插补函数可供调用。圆弧插补运动中，两个轴以矢量速度沿给定圆弧作联动，每个被控轴的运动速度为矢量速度在该轴上的分速度，由于矢量速度的方向在不断改变，各被控轴的运动分速度也在不断改变。各个被控轴同时启动，并同时到达目标位置，并且两个轴的合成运动轨迹为给定的圆弧。DMC300函数库中提供四个圆弧类插补函数可供调用。在运动过程中，如果需要暂停或中止某个轴或某几个轴的运动，可以调用制动函数来完成。处理中断通常是一项极具挑战性的工作，为了简化这一工作，在DMC300函数库中提供了一些相关的函数来处理中断。，合理地处理中断，就能开发出基于Windows的运动控制程序。最后应说明的是以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种微机控制二维数字仿真系统，其特征在于，包括通过数据总线连接的PC机与运动控制卡，分别与所述PC机的输入端及运动控制卡的输入端连接的输入单元，与所述PC机的输出端连接的电磁控制单元，以及分别与所述PC机的输出端及运动控制卡的输出端连接的控制单元。
2.根据权利要求I所述的微机控制二维数字仿真系统，其特征在于，所述输入单元，包括与PC机的输入端连接的运动控制函数库输入模块，以及与运动控制卡的输入端连接的行程原点设定模块。
3.根据权利要求I所述的微机控制二维数字仿真系统，其特征在于，所述电磁控制单元，包括依次与PC机的输出端连接的开关量控制卡、固态继电器及电磁铁。
4.根据权利要求I所述的微机控制二维数字仿真系统，其特征在于，所述控制单元，包括横向设置、且与运动控制卡的输出端依次连接的第一步进电机驱动器及第一步进电机，以及纵向设置、且与运动控制卡的输出端依次连接的第二步进电机驱动器及第二步进电机； 所述PC机的输出端，分别与第一步进电机驱动器及第二步进电机驱动器连接；第一步进电机驱动器与第二步进电机驱动器连接。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的微机控制二维数字仿真系统，其特征在于，所述运动控制卡，包括主控制器，以及分别与所述主控制器连接的PC接口及光电隔离口 ； 所述PC接口，通过至少包括ISA总线的数据总线，与PC机的CPU连接；光电隔离口，与控制单兀连接。
6.根据权利要求5所述的微机控制二维数字仿真系统，其特征在于，所述主控制器包括单片机。
7.根据权利要求5所述的微机控制二维数字仿真系统，其特征在于，所述运动控制卡的型号为MDC300。
专利摘要本实用新型公开了一种微机控制二维数字仿真系统，包括通过数据总线连接的PC机与运动控制卡，分别与所述PC机的输入端及运动控制卡的输入端连接的输入单元，与所述PC机的输出端连接的电磁控制单元，以及分别与所述PC机的输出端及运动控制卡的输出端连接的控制单元。本实用新型所述微机控制二维数字仿真系统，可以克服现有技术中安全性差、使用不方便与成本高等缺陷，以实现安全性好、使用方便与成本低的优点。
文档编号G05B17/02GK202677092SQ201220337258
公开日2013年1月16日 申请日期2012年7月12日 优先权日2012年7月12日
发明者李宗义, 姜毅龙, 米保全, 文宏, 孙永忠, 武承文 申请人:甘肃机电职业技术学院