CNC系统软件的结构模式

1.前后台型结构

在前后台型结构的CNC系统中，整个系统软件分为两大部分，即前台程序和后台程序。

前台程序是一个实时中断服务程序，承担了几乎全部的实时功能，实现与机床动作直接相关的程序的功能，如插补、位置控制、机床相关逻辑和监控等。

后台程序足则是一个循环执行的程序，一些实时性要求不高的功能，如输入译码、数据处理等插入准备工作和管理程序等均由后台程序承担，又称背景程序。

在背景程序循环运行过程中，前台的实时终端程序不断定时插入，二者密切配合，共同完成零件的加工任务。

前后台程序系统如软件的同步与协调，以及前台软件中各功能模块之间的同步，通过设置各种标志位来进行。由于每次中断发生时，前台程序的执行路径不同，因此执行时间也不同，但其最长执行时间必须小于中断周期T。而两次中断之间的时间用来执行背景主程序。

背景程序

背景程序的主要功能是进行插补前的准备和任务的管理调度，一般由三个主要的服务程序组成。加工程序编辑服务程序，自动循环服务程序，手动操作任务程序。

系统启动并初始化后，背景程序启动，操作者通过面板确定工作方式后，进入相应的服务程序。服务程序执行完毕，又返回背景程序开始部分，如此重复循环运行。

工作方式分为四种，即编辑、单段、自动和手动。在编辑方式下，可完成数据输入和零件加工程序的编辑；手动方式用来实现点动和回归原点的操作；自动和单段工作方式是加工工作方式，二者的差别仅在于一个程序段后是否停顿。

加工工作方式在背景程序中处于主导地位。操作前的准备工作工作（如由键盘方式调出零件程序，由手动方式使刀架回到机床原点）完成后，一般便进入加工工作方式。在这种工作方式下，背景程序要完成程序段读入、译码、和数据处理（如刀具补偿）等查补前的准备工作，如此逐个程序段地进行处理，直到整个零件程序执行完毕为止。

实时中断服务程序

实时中断服务程序是系统的核心。它所实现的实时控制任务包括位置伺服、面板扫描、PLC控制、实时诊断和插补。

在实时中断服务程序中，各种任务按照优先级排队，按时间先后顺序执行。每个任务都有严格的最长运行时间限制，如果前一次中断尚未完成，又发生了新的中断，说明发生了服务重叠，系统进入急停状态。

中断型结构

采用中断型结构的CNC系统软件，将各功能模块安排成不同优先级别的终端程序，整个控制系统软件构成一个中断系统。

1.功能模块的优先级别与中断时间间隔。

功能模块的优先级别与其作用及执行时间有着密切的关系。在众多的功能中，位置伺服程序最为重要，它决定着CNC系统的一个重要的指标---响应时间。由于它直接影响着加工精度和进给速度，因此，位置伺服具有极高的优先级。同时，位置伺服系统中断时间间隔也非常短。插补运算在规定的时间内未完成，则位置伺服控制将无法运行。因此插补程序也具有较高的优先级及较短的中断时间间隔。由于时间间隔很短，因此位置伺服与插补程序必须经过严格的优化，运行时间必须非常短，只有这样才能有多余的时间间隙供其他模块占用。由于一般情况下，一个加工程序段指定的刀具运动时间都比较长，因此，加工程序段的译码与刀具半径补偿等预处理计算功能模块的执行，都被分散在许多个位置伺服中断时间间隔内。另外，刀具半径补偿运算非常复杂，也相当费时，所以译码与预处理功能模块的优先级别比较低，中断事件间隔也比较长。对于操作面板状态的扫描与输入/输出信号的处理一般比较省时，而且为使CNC系统有比较高的反应速度，这些模块往往具有高的优先级别。当其他功能模块均已执行完后，或者让系统跳步等待，或者执行一些有用的程序。FANUC-7M系统中，把剩余时间全部交由CRT显示服务程序使用，用来显示当前系统的工作状态、当前坐标等等。可见CRT显示服务程序优先级别最低，而且有硬件产生连续请求中断。

还有其他一些功能模块，如纸带输入模块，每次执行时间耗时很少，一般小于1ms，在FANUC-7M的系统中，安排了较高级别。中断级别为7级的测试程序用于系统掉哟哦那个，正常工作时不用。

如上所述，各种功能模块就是在是事先编排好的优先级别下协调运行。各优先级别中断产生的时间间隔与优先级被相一致，优先级别最高的位置伺服中断时间间隔最短，为4ms，由此累加非别产生8ms，16ms中断。

FANUC-7M系统终端优先级

优先级

             主要功能                                中断源

0                  控制CRT显示                           硬件

1                  数控指令译码处理，刀补处理         软件，16ms定时

2                  NC键盘控制，I/O信号处理            软件，16ms定时

3                  外部操作面板和电传机处理           硬件，16ms

4                  插补运算                               软件，8ms

5                  纸带阅读机读纸带处理                硬件，软件

6                  私服位置控制的处理                   4ms定时

7                   工程师面板处理                      硬件

2.任务同步与通信

CNC系统软件各功能模块的执行，即是并行的，又存在顺序性，例如，当前加工程序段译码和预处理完成后，方可执行插补和位置伺服功能，而后继段的译码与预处理计算又同步进行。因此，格相关功能模块之间必须通过设置标志，来解决任务的同步与通信问题。

当某一任务需要另一任务提供数据时，该任务应首先检查标志，判断数据是否准备好，如果数据准备好，则任务继续运行，否则则等待。另一任务数据处理完后，同样设计数据准备好标志。

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