Thiết kế và xây dựng phần mềm điều khiển pc based dùng cho máy phay cnc bkmech vmc65

Phạm Đức An giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học ngành : học kỹ thuật Cơ học kỹ thuật Thiết kế xây dựng phần mềm điều khiển PC-based dùng cho máy phay CNC Bkmech vmc65 Phạm ®øc an 2006 - 2008 Hµ Néi 2008 Ng­êi h­íng dÉn khoa häc: T.S Hoµng VÜnh Sinh Hµ Néi 2008 luận văn thạc sĩ khoa học Thiết kế xây dựng phần mềm điều khiển PC-based dùng cho máy phay CNC Bkmech vmc65 ngành : học kỹ thuật mà số:23.04.3898 Phạm đức an Hà Nội 2008 giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học Thiết kế xây dựng phần mềm điều khiển PC-based dùng cho máy phay CNC Bkmech vmc65 ngành : học kỹ thuật ma số: Phạm đức an Ngi hng dn khoa hc : TS Hoµng vÜnh sinh Hµ Néi 2008 CHƯƠNG I Vai trị máy CNC ngành cơng nghiệp Cơ khí Việt Nam 1.1 Tình hình sử dụng máy CNC Việt Nam 11 1.2 Khái quát tình hình việc sản xuất CNC nước 17 1.2.1 Những thành công bước đầu đạt việc sản xuất sửa chữa máy CNC Việt Nam 17 1.2.2 Những vấn đề tồn việc sản xuất sử dụng máy CNC Việt Nam………………………………………………………………………1 1.2.3 Nguyên nhân tồn việc 21 1.3 Những yêu cầu cấp thiết việc chế tạo máy cnc mang nhãn hiệu Việt Nam việc đào tạo nguồn nhân lực CNC nước ta 22 1.4 Những nghiên cứu cần tiến hành để thỏa mãn yêu cầu 25 CHƯƠNG II Cấu trúc điều khiển CNC 27 2.1 Các thành phần hệ thống điều khiển số CNC 27 2.1.1.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển số NC 27 2.1.1.2 Lịch sử NC máy công cụ NC 29 2.1.2 Các thành phần hệ thống tự động máy CNC 31 2.1.2.1 Các thành phần hệ thống dẫn động 31 2.1.3 Các vòng điều khiển CNC 38 2.1.3.1 Vịng điều khiển nửa đóng 39 2.1.3.2 Vòng điều khiển đóng 41 2.1.3.3 Vòng điều khiển lai 41 2.1.3.4 Vòng điều khiển mở 42 2.1.4 Các thành phần hệ thống CNC chức chúng 42 2.1.4.1 Các chức khối giao tiếp với người sử dụng MMI (Man-Machine Interface) 46 2.1.4.2 Phần lõi điều khiển số NCK (Numerical Control Kernel) 49 2.1.4.3 Khối điều khiển logic lập trình PLC (Programmable Logic Control) 51 2.1.4.4 Tính chất điều khiển thời gian thực hệ thống CNC (Realtime Control System) 54 2.2 Các vấn đề gặp phải với thành cấu trúc điều khiển CNC điều kiện nước ta 58 2.2.1 MMI 58 2.2.2 NCK 59 2.2.3 PLC 59 2.2.4 Tính chất điều khiển thời gian thực hệ thống 60 2.3 Các giải pháp cho vần đề 60 Chương III Hệ thống điều khiển CNC có cấu trúc dạng mở (OpenArchitecture Soft CNC system) – Viết tắt OpenCNC 62 3.1 Giới thiệu hệ điều khiển cấu trúc mở OAC 62 3.1.1 Định nghĩa OAC 62 3.1.2 OAC máy công cụ CNC khứ, tương lai 63 3.1.2 Tổng quan thị trường điều khiển có tính mở 67 3.1.2 Xu hướng phát triển hệ điều khiển cấu trúc mở máy CNC 70 3.1.2.1 Các tiêu chuẩn đánh giá hệ thống mở 70 3.1.2.2 Phân loại hệ thống điều khiển mở 72 3.2 Một số cấu trúc điều khiển dạng mở áp dụng cho máy CNC 74 3.3 Một số cấu trúc phần mềm CNC dạng mở (Software – controlled CNC) 77 3.3.1 OMAC (Open Modular Architecture Controller) hệ thống điều khiển cấu trúc module mở 77 3.3.2 OSACA (Open System Architecture for Controls within Automation Systems) hệ thống cấu trúc mở cho điều khiển hệ thống tự động 79 3.3.3 OSEC (Open System Environment for Controller) môi trường hệ thống mở cho hệ thống điều khiển 80 3.4 So sánh cấu trúc hệ thống điều khiển mở 81 3.4.1 So sánh vể tập API (Bảng 3.2) 81 3.4.2 So sánh cấu trúc tham chiếu 82 3.4.3 So sánh hạ tầng thông tin 82 3.4.4 Tính tương đồng loại cấu trúc mở (Bảng 3.5) 83 3.4.4 Kết luận 84 Chương IV Xây dựng cấu trúc điều khiển PC-based cho máy phay trục 86 4.1 Các yêu cầu điều khiển PC-based 86 4.1.1 Yêu cầu khả hoạt động hệ thống 86 4.1.2 Tiêu chuẩn cấu trúc mở hệ thống 87 4.2 Các bước tiến hành 88 4.3 Chọn mơ hình hệ thống điều khiển 89 4.4 Chức module thiết yếu điều khiển CNC trục dạng PC-based 93 4.4.1 Các module hệ thống điều khiển CNC 95 4.4.2 Giao tiếp module 103 4.4.3 Phương thức hoạt động hệ thống 105 4.4.4 Mơ hình thao tác 108 4.5 Tổng quan Module 116 4.5.1 Task Coordinators 117 4.5.2 Axis 120 4.5.3 Module Axis Group 122 4.5.4 HMI 124 4.5.6 Control Law 126 4.5.7 Kinematics Model 126 4.5.8 Control Plan Generator (Part Program Translator) 129 4.5.9 Discrete Logic 129 4.5.10 I/O Points 130 4.5.11 Machine-to-Machine 131 4.6 Một số ví dụ kết nối module 132 4.6.1 Điều khiển hoạt động tập đầu vào 132 4.6.2 Điều khiển trục 132 4.6.3 Điều khiển Logic lập trình PLC 133 4.6.4 Mơ hình điều khiển chuyển động thực chức tarô máy CNC trục 134 4.7 Kết luận 135 Chương V Kết luận chung phương hướng phát triển hệ thống tương lai 140 Tài liệu tham khảo………………………………………………………….141 Danh mục hình vẽ Hình 1.2 Xu hướng sản xuất máy CNC Việt Nam 18 Hình 1.3 Các khó khăn liên quan đến điều khiển CNC 20 Hình 1.4 Các tiêu chí đặt cho phần mềm điều khiển CNC 23 Hình 2.1 Các loại máy NC 28 Hình 2.2 Cấu trúc máy cơng cụ CNC quy trình gia cơng 30 Hình 2.3 Cơ cấu dẫn truyền động máy cơng cụ 32 Hình 2.4 Các đặc tính yêu cầu động servo 33 Hình 2.5 Các loại động servo 34 Hình 2.6 Các loại cảm biến sử dụng hệ dẫn động 35 Hình 2.7 encoder tương đối 36 Hình 2.8 Encoder tuyệt đối 36 Hình 2.9 Phần dẫn hướng chuyển động tịnh tiến truyền vít me bi 37 Hình 2.10 Nối trục đai truyền 38 Hình 2.11 Các vịng điều khiển phản hồi máy CNC 38 Hình 2.12 Phân loại kiểu điều khiển dựa vào vị trí sensor 40 Hình 2.13 Cấu trúc CNC 43 Hình 2.14 Các thành phần hệ thống CNC 44 Hình 2.15 Một số giao diện điều khiển CNC 47 Hình 2.16 Khối chức NCK 50 Hình 2.17 Cấu trúc chức hệ thống PLC 53 Hình 2.18 Multitasking Multithreading 57 Hình 3.1 PC-based, phần mềm hệ thống điều khiển hướng đối tượng 64 Hình 3.2 Phần cứng phần mềm CNC – Xu hướng thực tế 65 Hình 3.3 Lợi ích việc sử dụng hệ thống điều khiển mở 66 Hình 3.4 Các giao tiếp bên bên hệ thống điều khiển 67 Hình 3.5 Các tiêu chuẩn hệ thống điều khiển mở 68 Hình 3.6 Tổng quan hệ thống CNC thương mại 70 Hình 3.7 Tiêu chuẩn hệ thống điều khiển mở 71 Hình 3.8 Mức độ mở hệ thống điều khiển mở 72 Hình 3.9 Phân chia tính hệ thống điều khiển 73 Hình 3.10 Cấu trúc hệ thống điều khiển dạng mudule mở 74 Hình 3.11 Các loại hệ thống điều khiển cấu trúc mở 75 Hình 3.12 Phần cứng phần mềm số loại hệ thống CNC 76 Hình 3.13 Hệ thống điều khiển dựa cấu trúc module OMAC 78 Hình 3.14 Nền lập trình với đối tượng ứng dụng (OSACA, 1997) 79 Hình 3.15 Cấu trúc OSEC (OSE, 1998) 80 Hình 4.1 Yêu cầu khả hoạt động hệ thống 87 Hình 4.2 Các yêu cầu hệ thống điều khiển PC-based 88 Hình 4.3 Cấu trúc hệ thống CNC sử dụng Motion Card 91 Hình 4.4 Mơ hình hệ thống điều khiển CNC dạng Software – Oriended 92 Hình 4.5 Một số chức yêu cầu máy CNC trục 94 Hình 4.6 Các module hệ thống điều khiển CNC 95 Hình 4.7 Các chức module Axis 96 Hình 4.8 Các chức module AxisGroup 96 Hình 4.9 Các chức module Overview 97 Hình 4.10 Chức module ControlLaw 97 Hình 4.11 Chức module ControlPlan 97 Hình 4.12 Chức module ControlPlanGenerator 98 Hình 4.13 Chức module DiscreteLogic 98 Hình 4.14 Một số tính module HMI 99 Hình 4.15 Các chức module IO 99 Hình 4.16 Các chức module Kinematics 100 Hình 4.17 Các tính module Machine-to-Machine 100 Hình 4.18 Các chức module ProcessMode 100 Hình 4.19 Các tính module TaskCoordinator 101 Hình 4.20 Mối liên kết module 103 Hình 4.21 Điều khiển dạng MultiThread 104 Hình 4.22 Sơ đồ trạng thái tổng quát FSM quản lý 105 Hình 4.23 Các mức FSM 106 Hình 4.24 Sơ đồ mơ hình hoạt động module 108 Hình 4.25 Phác thảo tính CPU 109 Hình 4.26 Dạng quan hệ không chặt chẽ CPU với hệ thống điều khiển 110 Hình 4.27 Dạng quan hệ chặt chẽ CPU với hệ thống điều khiển 110 Hình 4.28 Một số kiểu CPU 112 Hình 4.29 ControlPlan xây dựng từ chuỗi CPU 112 Hình 30 Ví dụ biến đổi trạng thái ControlPlan 114 Hình 4.31 Các truyền CPU 115 Hình 4.32 Sơ đồ tương tác module 116 Hình 4.33 Mơ hình hoạt động TaskCoordinator 118 Hình 4.34 Sơ đồ tương tác Capability TaskCoordinator 119 Hình 4.35 Các thành phần module Axis 120 Hình 4.36 Biểu đồ trạng thái hoạt động module Axis 121 Hình 4.37 Sơ đồ kết nối hoạt động module Axis 122 Hình 4.38 Mơ hình hoạt động module AxisGroup 123 Hình 4.39 Các thành phần module AxisGroup 124 Hình 4.40 Một số thơng tin quản lý HMI 125 Hình 4.41 Mơ hình model – view – controller HMI 125 Hình 4.42 Mơ hình điều khiển chung luật điều khiển 126 Hình 4.43 Mơ hình luật điều khiển để thực tuning tham số PID 127 Hình 4.44 Các chức phụ khác module Kinematics 128 Hình 4.45 Sơ đồ hoạt động Part Program Translator 129 Hình 4.46 Mơ hình hoạt động module DiscreteLogic 130 Hình 4.47 Các thành phần module vào 131 Hình 4.48 Hoạt động điều khiển đầu vào 132 Hình 4.49 Điều khiển trục tay 133 Hình 4.50 Sơ đồ điều khiển logic 134 Hình 4.51 Điều khiển chuyển động tarô máy CNC trục 134 Danh mục bảng Bảng 2.1 Tổng hợp loại động servo dùng máy CNC 35 Bảng 3.1 Các đặc tính hệ thống điều khiển mở 69 Bảng 3.2 Các đặc tính khác API 81 Bảng 3.3 So sánh đặc tính cấu trúc tham chiếu 82 Bảng 3.4 So sánh đặc tính hạ tầng thơng tin áp dụng cho cấu trúc 83 Bảng 3.5 Sự tương đồng chức hệ thống điều khiển cấu trúc mở 84 128 Ngồi chức giải toán động học thuận động học ngược Kinematics cịn vai trị thực số cơng việc mơ tả hình 4.44 Vị trí tương đối Bù bán kính dao Thay dao Kinematics Thay đổi trục Bù chiều dài dao Cấu hình Thay đổi trục Cập nhập giá trị Hình 4.44 Các chức phụ khác module Kinematics Vị trí tương đối: cho phép người lập trình lập trình hoạt động máy hệ tọa độ tương đối Thay dao: dụng cụ bàn thay dao cần định nghĩa cấu động học KinMechanism riêng Việc thay dao thay cấu động học dao vào chuỗi động học tổng quát xử lý Bù chiều dài dao: xét trường hợp chiều dài offset dao cần thay đổi để bù mòn dao Trong trường hợp cần thay đổi PlacemenFrame tương ứng với thay đổi chiều dài dao Sự gia tăng trục chính: thay đổi lớn máy gia cơng gia tăng trục Để khắc phục cần thay đổi BaseFrame trục cần thay đổi dựa theo giá trị gia tăng trục Sự gia tăng trục: tương tự với gia tăng trục chính, cần phải thay đổi BaseFrame trục Bù bán kính dao: thực việc bù bán kính dao cần phải tính tốn lại tồn quĩ đạo động học để đưa quĩ đạo sau bù Cấu hình: cách giải cho cấu hình có khâu thừa Update: dùng để cập nhập liệu động lực học trục 129 4.5.8 Control Plan Generator (Part Program Translator) Module có nhiệm vụ quan dịch chương trình viết ngôn ngữ tiêu chuẩn (G-code, PLC language) thành kế hoạch điều khiển ControlPlan dùng để điều khiển hoạt động máy theo chương trình Trong trình dịch, hình 4.45, module phải chịu trách nhiệm việc kiểm tra mặt cú pháp câu lệnh để bảo chương trình dịch xác Hình 4.45 Sơ đồ hoạt động Part Program Translator Ở có xuất CPU table bảng lưu trữ CPU định nghĩa hệ thống điều khiển Câu lệnh coi chuẩn có CPU tưong ứng để thực tính 4.5.9 Discrete Logic Module có chức điều khiển q trình hoạt động hệ thống theo trình tự logic Module tương tự module Task Coordinator bao gồm chuỗi hoạt động thông qua FSM dominion Các hoạt động thường tương tác với đầu vào hệ thống liên kết với phần cứng có liên quan Có thể dùng FSM dominion thành phần, danh sách FSM dominion nhiều thành phần Một FSM module 130 DiscreteLogic viết dạng ngôn ngữ PLC chuyển sang thành CPU Hình 4.46 mơ tả số loại FSM tồn số máy phay CNC đặc thù Hình 4.46 Mơ hình hoạt động module DiscreteLogic Module liên kết với module IO để điều khiển vào cách xác 4.5.10 I/O Points Mục đích mudole cung cấp giao tiếp chuẩn cho đầu vào đầu vật lý với đầu vào đầu ảo hệ thống Module giúp hệ thống kết nối dễ dàng với nhiều phần cứng khác cách định nghĩa kết nối đầu vào đầu phần vật lý phần ảo hệ thống Để tạo kết nối yêu cầu module IO cần phải có có chức (hình 4.47) IO Notification để đưa thông báo kiện xảy IO configuration để đưa cách kết nối cách đầu vào ra, IO Customization phép lựa chọn trình kết nối 131 hoạt động module Tiếp đến IO Meta Data thông tin phần cứng kết nối, cách kết nối… phần cuối IO issues có nhiệm vụ mơ tả trạng thái đầu IO hoạt động Callback Notification Callback Handlers IO Notification Presentation IO IO Issues IO Configuration IO System Attachment IO Nhiều IOPoint IOPoint IO shared IO Customization IO Meta Data IO different IO group Transfer Type Sampling Event IO IO physical aggregation On-Demand On-Transition Physical device On Clock Until Complete synchronous Asynchoronous Specific time Hình 4.47 Các thành phần module vào 4.5.11 Machine-to-Machine Được thiết kế để thực việc điều khiển thiết bị công nghiệp PLC, NC… Nó cung cấp thao tác từ xa điều khiển thao tác với biến, thao tác với chương trình bật, tắt, xóa bỏ,… Các chức cần thiết module bao gồm: - Khởi tạo trình giao tiếp - Kết thúc - Dừng lại - Các trạng thái giao tiếp - Các trạng thái bắt buộc - Đọc, ghi - Thông báo thông tin 132 - Lấy giá trị biến - Khởi tạo trình lấy liệu - Dừng trình lấy liệu - Lấy phần liệu - Đưa liệu lên 4.6 Một số ví dụ kết nối module Với định nghĩa module chức phần việc xây dựng hệ thống khơng có cấu trúc chuẩn Cấu trúc hệ thống phức tạp hay đơn giản phụ thuộc vào mong muốn người thiết kế Dưới số ví dụ việc áp dụng module kết nối chúng để tạo ứng dụng theo hướng phức tạp dần 4.6.1 Điều khiển hoạt động tập đầu vào Một trường hợp đơn giản máy CNC trình thao tác điều khiển vài đầu vào Để thực việc ta sử dụng module HMI IO Points kết nối chúng với hình 4.48 Hình 4.48 Hoạt động điều khiển đầu vào 4.6.2 Điều khiển trục Giả sử ta thiết lập kết nối HMI đầu IO Quá trình để xây dựng điều khiển máy công cụ CNC thêm trục chuyển động điều khiển tay Công việc thường diễn trình lắp ráp kiểm tra hoạt động trục để cuối lắp ráp trục máy CNC nhiều trục Jogging Homing 133 chức sử dụng Có thể sử dụng cấu trúc cho việc chuẩn lại trục, tuning để tìm tham số điều khiển, kiểm tra khả quản lý hệ thống Moudle Axis phối hợp với IO Points Nếu đầu bao gồm đầu dẫn động động dạng PWM (PWM motor drive), đầu dùng cho việc kich hoạt khối công suất Amplifier, đầu báo lỗi Amplifier, encoder kiểu A-QUAD-B với tạo xung công tắc home cơng tắc limit trục Hình 4.49 mô tả hệ thống trục sử dụng Control Law, dùng điều khiển PID cho điều khiển vị trí, dùng điều khiển PID để điều khiển vận tốc Axis đưa gia tốc cho phần truyền động đọc giá trị encoder thông qua IO Points truy vấn module Axis Để điều khiển hoạt động trục, module HMI dùng để điều khiển trục module Control Law Hình 4.49 Điều khiển trục tay 4.6.3 Điều khiển Logic lập trình PLC Điều khiển logic áp dụng cho chức ngoại vi máy cơng cụ CNC bơm dầu hay khí nén Theo sơ đồ điều khiển ta thấy có hai giai đoạn để thực thi chương trình logic bao gồm: giai đoạn lập trình (Programming Phase) giai đoạn chạy chương trình (Discrete Logic Phase) Ngồi cịn thêm số giai đoạn khác thiết lập cấu hình khởi tạo 134 Hình 4.50 Sơ đồ điều khiển logic 4.6.4 Mơ hình điều khiển chuyển động thực chức tarô máy CNC trục Hình 4.51 Điều khiển chuyển động tarơ máy CNC trục Hình 4.51 mơ tả mối quan hệ module thành phần tính tarơ máy CNC Chuyển động trục Z yêu cầu module Axis để điều khiển chuyển động trục module AxisGroup hướng 135 chuyển động khơng gian Điều khiển trục Spindle yêu cầu module Axis khác để giao tiếp với phần dẫn động, cung cấp khả cho việc thiết đặt tốc độ trục hướng quay bật tắt chuyển động trục Trục yêu cầu module AxisGroup cho điều chỉnh tốc độ mức độ override Một module AxisGroup thứ cần thiết cho việc điều khiển đồng trục chuyển động trục Nói chung trục khơng cần module Control Law, nhiên yêu cầu đồng tốc độ quay chuyển động trục Z cần module để điều khiển trình chuyển động này Trong sơ đồ trên, module TC cung cấp chương trình điều khiển Một ControlPlanGenerator CPG dùng để dich chương trình lập trình (mà G-code, PLC) thành CPU Sự trao đổi module sử dụng method CPU Để nâng cao khả cảnh báo giảm biến đổi, module ProcessModel dùng để tích hợp giá trị cảm biến vào trình điều khiển để tránh gãy dao cách giáp sát mơmen trục lực đẩy dao xuống Module Kinematic dùng để quản lý vị trí phơi, khơng gian làm việc giá trị offset dụng cụ 4.6.5 Mơ hình máy phay CNC trục đơn giản Xét mơ hình máy phay CNC trục đơn giản Giả sử trục có loại động có encoder dạng xung A-QUAD-B loại dẫn động động dạng PWM, khối cơng suất, cơng tắc hành trình báo vị trí home vị trí giới hạn trục Thành phần dẫn động trục giả sử dùng để thiết đặt tốc độ trục hướng quay để bataj tắt trục chính.Hệ thống cảm biến máy bao gồm tập cảm biến tương tự, cảm biến dạng số dùng để quản lý nhiệt độ làm mát áp suất dầu bơi trơn Hệ thống an tồn máy dùng tập công tắc quản lý thao tác dừng khẩn cấp E-Stop, cấp nguồn Power-Up, Reset Một 136 bảng điều khiển dùng để cung cấp thao tác với tập chức điều khiển bao gồm chọn chương trình gia cơng, bắt đầu chu trình gia cơng, dừng chu trình gia cơng Cycle Start/Stop, tốc độ ăn dao, nhập liệu chế độ hoạt động Manual chế độ Jogging Chương trình gia công giả sử dạng EIA RS274D (một dạng G-code) Bảng điều khiển có chức hiển thị trạng thái hoạt động bao gồm chế độ hoạt động máy, số hoạt động, trạng thái chương trình chạy, chức thiết đặt thơng số hoạt động máy Tiến hành xây dựng hệ thống điều khiển cho máy phay (hình 4.52) với hai phần Phần hộp lớn phần điều khiển thời gian thực phần hộp nhỏ HMI bao gồm thành phần ánh xạ từ thành phần phần điều khiển thời gian thực Phần điều khiển máy xây dựng nên hệ thống chính, hệ thống xây dựng nên từ hay nhiều module thay Các module gắn kết với thông qua giao tiếp trình bày Các hệ thống bao gồm Hệ thống quản lý IO: hệ thống chưa nhiều module vào IO Mỗi module IO tướng ứng với sensor hệ thống truyền động Các giao tiếp module IO dùng module Axis, Axis Group, điều khiển logic, HMI Thời gian lấy giá trị từ module IO điều khiển module điều tiết tác vụ Task Coordination Hệ thống điều khiển trục (Axis): chứa nhiều module axis chứa moduel luật điều khiển control law Mỗi module yêu cầu giao tiếp với hai module IO Dùng để lấy tín hiệu từ sensor đửa tín hiệu phần truyền động Mỗi module Axis cung cấp giao tiếp lệnh dùng để giao tiếp với module Axis Group để phối hợp chuyển động trục Module Control Law phải cung cấp thêm giao tiếp để thực tính thơng tin trạng thái cho module HMI, quản 137 lý tinh chỉnh tham số điều khiển bên trong, thu thập liệu thời gian thực thuật toán thay đổi thời gian thực Mỗi module Axis có nhiều module Control Law để áp dụng thuật toán điều khiển để đưa lệnh truyền động dựa vào giá trị trả cảm biến giá trị điểm nhu trạng thái máy Hệ thống tạo quỹ đạo chứa nhiều module Axis Group, module process module kinematics Một module Axis Group yêu cầu vòng điều khiển lặp cho tọa độ suy rộng kết cấu máy q trình tính tốn đường qũy đạo hoạt động Trong trường hợp máy trục dạng BKMech VMC65 vòng lặp cho ba tọa độ x, y, z máy CNC Module Axis Group yêu cầu nhiều module IO để giao tiếp với cảm biến, đưa giao tiếp để kết nối với module TaskCoordinator Hệ thống điều tiết tác vụ (Task Coordinator) thường bao gồm module Task Coordinator (TC) Nó trung tâm phần xếp hoạt động TC phải biết cấu hình hệ điều khiển để báo cho module hệ thống làm để kích hoạt hoạt động module Một TC phần hệ thống CNC trả lời cho câu hỏi “ xảy nào” TC đưa giao tiếp với HMI thao tác điều khiển theo chương trình, chế độ hoạt động máy Hệ thống điều khiển logic: chứa hay nhiều module Discrete Logic Mỗi module FSM có chức tương tự TC Một hệ thống bình thường chứa số lượng lớn module Discrete Logic với yêu cầu khác cho việc giao tiếp với module IO Hệ thống dịch chương trình gia cơng: bao gồm nhiều module dịch chương trình Hệ thống đọc chương trình dịch thành kế hoạch điều khiển dùng để điều khiển hoạt động máy Kế hoạch điều khiển 138 dịch Task Coordinator, hệ thống điều khiển chuyển động hệ thống điều khiển logic Giao tiếp với người sử dụng (HMI) tập hợp đối tượng HMI tương ứng với đối tượng điều khiển IO, Process, Kinematics… Hình 4.52 Mơ hình máy phay CNC trục đơn giản 139 4.7 Kết luận Qua phân tích module hệ thống điều khiển CNC ví dụ minh họa cho thấy việc phân chia chức hệ thống CNC cho module riêng biệt đảm nhiệm giúp q trình phân tích cấu trúc hệ thống dễ dàng Các hệ thống xây dựng dựa yêu cầu ứng dụng cụ thể sau để đưa tính cần thiết nhà thiết kế thực việc lắp ráp khối module lại để đạt tính Do module phân chia rõ ràng nhiệm vụ, với xử lý linh hoạt bên module giao tiếp với module khác nhờ vào FSM CPU nên dễ dàng đưa qui trình hoạt động hệ thống cách phù hợp Khi cần thay đổi thao tác thực cần thay đổi trình xử lý module mà khơng cần phải thay tồn module Khả chuyển biệt hóa tính module cho phép người lập trình thêm thuật tốn điều khiển vào module để kiểm tra tính đắn thuật toán, hay để nâng cao khả hoạt động xác hệ thống Với module chức năng, thao tác hoạt động hệ thống định nghĩa rõ ràng công việc xây dựng hệ thống chuyển giao hệ thống có nhiều thuận lợi Đồng thời việc sửa chữa hệ thống phát triển mơ hình đơn giản nhiều so với hệ thống điều khiển CNC truyền thống Các module dùng làm sở cho việc phát triển API dùng cho lập trình hệ thống điều khiển tự động liên quan đến chuyển động nói chung máy cơng cụ CNC nói riêng 140 Chương V Kết luận chung phương hướng phát triển hệ thống tương lai 5.1 Kết luận chung Với đề tài thiết kế xây dựng hệ thống điều khiển PC-based cho máy phay CNC BKMech VMC65, luận văn đạt kết như: - Đã phân tích vấn đề tồn trình sử dụng máy CNC nước bao gồm khó khăn q trình vận hành máy, q trình chuyển giao cơng nghệ, bảo dưỡng, sửa chữa… - Đưa nguyên nhân chủ yếu tồn bao gồm: cấu trúc đóng điều khiển, trình độ người sử dụng máy CNC Việt Nam, thiếu thốn thiết bị đào tạo CNC Việt Nam… - Tiến hành nghiên cứu cấu trúc chung hệ thống điều khiển CNC (chưa nói cụ thể sách Việt Nam), bao gồm thành phần máy thành phần cấu tạo lên hệ thống điều khiển, chức yêu cầu chúng - Xem xét xu hướng phát triển hệ thống điều khiển CNC - Đưa yêu cầu đặt với hệ thống điều khiển CNC khả hoạt động thời gian thực, chạy nhiều tác vụ,… - Nghiên cứu xu hướng tạo hệ thống điều khiển mở giới với việc đánh giá so sánh đặc tính hệ thống OMAC, OSACA, OSEC,… - Đưa kiều hệ thống điều khiển PC-based cho máy CNC phân tích ưu nhược hệ thống - Đề xuất cấu trúc hệ thống điều khiển để giải tồn trình sử dụng máy CNC nước phân tích cụ thể tính yêu cầu dạng cấu trúc 141 Có thể thấy phát triển hệ thống điều khiển CNC công việc khó khăn tính phức tạp hệ thống khối lượng công việc khổng lồ việc thiết kế lập trình hệ thống Nhưng với nội dung chi tiết yêu cầu hệ thống điều khiển cấu trúc hệ thống điều khiển mà luận văn đề xuất giúp cho ích cho nhà phát triển hệ thống đưa công việc cụ thể để giải phần đảm bảo tốt tính hệ thống điều khiển Có thể nói với hệ thống phát triển cấu trúc hoạt động ổn định, lịnh hoạt, có tính mở rộng 5.2 Hướng nghiên cứu tương lai - Tiếp tục hồn thiện sơ đồ qui trình hoạt động hệ thống dựa CPU - Tiến hành xây dựng API chung để thuận lợi cho việc phát triển hệ thống API bao gồm lớp để mô tả cho module chức hệ thống - Tìm hiểu thuật tốn điều khiển để áp dụng chúng cách xác vào module chức - Xây dựng phần mềm điều khiển CNC để triển khai ý tưởng nghiên cứu 142 Tài liệu tham khảo Tiếng Anh 1.R Katz, B.K Min, Z Pasek, (2000) “Open architecture control technology trends”, ERC/RMS Report No 35 2.Y Altintas, W.K Munasinghe,(1994), “A hierarchical open-architecture CNC system for machine tools”, CIRP Ann 42 (1) 349–354 Pritschow G, Altintas Y, Jovane F (2001) “Open controller architecture past, present and future” CIRP Annals – ManufacturingTechnology, 50(2): 463-470 OMAC working group (1999), OMAC API documentation version 0.23 János Nacsa, “comparison of three different open architecutre controllers”, www.omac.org www.osaca.org ... phần mềm điều khiển CNC dạng PC- based vấn đề hồn tồn giải Hướng nghiên cứu việc nghiên cứu kiến trúc điều khiển, yếu tố cần thiết cho phần mềm điều khiển, chức yêu cầu sở liệu phần mềm điều khiển? ??... thống điều khiển mở riêng phù hợp với hoàn cảnh Việt Nam Chương 4: Xây dựng cấu trúc điều khiển PC- based cho máy phay CNC trục Chương đề xuất cấu trúc cho hệ thống điều khiển mở CNC kiểu PC- based. .. milling CNC, controlling system, open architechture, PCbased, OpenCNC TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Nội dung luận văn đề tài ? ?thiết kế xây dựng điều khiển PC- based cho máy phay CNC BKMech VMC65? ??