数控火焰切割机虚拟测试系统的研究与设计

论文摘要

数控火焰切割机在钢板的切割和焊接工业中一直被广泛应用。随着计算机技术的飞速发展,数控系统已经成为一种硬件与软件高度集成化的综合性系统。对于新开发的切割机系统,在应用于实际生产之前,需要在配套的数控设备上反复进行测试。但数控设备的高成本以及系统与实际机床连接运转过程中的不安全因素,给测试工作带来了不便。因此,针对切割机数控系统进行的虚拟测试系统的研究具有非常重要的意义。本文所设计的虚拟测试系统在模拟数控设备部分功能的基础上对切割机数控系统进行测试,作者完成了基于PC的系统测试平台的搭建以及测试系统软件的编写工作。通过对数控切割机虚拟测试系统的目标功能和设计原则的分析,本文介绍了此测试系统的总体结构,并构建了测试系统的软件体系结构与硬件开发平台。系统利用PC机丰富的软件及硬件资源,通过对数控系统输入输出信号的分析,建立了以数控系统为测试对象的软件模型；实现了测试系统与数控系统的通信过程及数控系统输入输出信号的处理过程,并可以根据数控系统的运动指令绘制机床运动轨迹,实现对数控系统功能和性能的测试评估。系统软件采用LabWindows/CVI和RTX相结合的开发环境。数据的显示、分析和管理等非实时工作由LabWindows/CVI程序负责,RTX程序则负责数据采集、设备控制等实时工作；与数控系统进行通信的硬件平台则是采用基于FPGA的数据采集模块,用于对读取的数控系统位置脉冲信号及机床I/O信号进行逻辑处理运算工作。本文着重讲述了数控火焰切割机虚拟测试系统的设计过程,最后通过与武汉楚鹰科技开发有限公司的M-CUT型火焰切割机数控系统的联合调试,表明此测试系统基本实现了预期功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 数控技术
• 1.1.1 数控技术概述
• 1.1.2 计算机数控系统与数控火焰切割机系统
• 1.2 虚拟测试
• 1.2.1 虚拟测试技术
• 1.2.2 虚拟测试系统的分类
• 1.3 课题背景及数控系统虚拟测试技术的发展
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 虚拟测试系统的总体设计
• 2.1 测试系统的目标功能和设计原则
• 2.1.1 目标功能分析
• 2.1.2 基本设计原则
• 2.2 虚拟测试系统的总体结构
• 2.3 系统的软件结构设计
• 2.4 系统的硬件平台设计
• 2.5 系统的软件开发工具
• 2.5.1 软件开发工具选择
• 2.5.2 LabWindows环境下基于RTX的编程步骤
• 2.6 本章小结
• 第3章 数控系统信号分析及测试软件设计
• 3.1 轴的控制信号
• 3.1.1 轴的控制方式
• 3.1.2 轴的I/O控制信号
• 3.2 机床电器I/O控制信号
• 3.3 测试软件对信号的处理
• 3.4 通信软件结构设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 数据采集模块核心部分设计
• 4.1 数据采集模块总体设计
• 4.1.1 数据采集模块的功能要求
• 4.1.2 数据采集模块的系统构成
• 4.2 FPGA基本原理及其芯片介绍
• 4.3 基于DDS的正交频率输出的设计
• 4.3.1 DDS基本结构组成
• 4.3.2 基于FPGA的DDS实现
• 4.4 基于FPGA的EPP并口通信设计
• 4.4.1 EPP工作模式
• 4.4.2 基于FPGA的EPP设计
• 4.5 外围硬件电路设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 虚拟测试系统软件平台设计
• 5.1 用户界面概述
• 5.1.1 建立用户视图区
• 5.1.2 各模块设计
• 5.2 基于LabWindows/CVI和RTX的软件架构
• 5.2.1 RTX程序设计
• 5.2.2 LabWindows/CVI程序设计
• 5.2.3 基于EPP并口的数据读写
• 5.3 实时切割仿真
• 5.3.1 待切割零件图形的预显
• 5.3.2 仿真图形的显示与诊断
• 5.4 虚拟测试系统的应用研究
• 5.4.1 通信接口的可靠性测试
• 5.4.2 系统的联调及实例分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结和展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文