“数控系统”与“板卡系统”对比说明 - 广州国际金属加工工业展览会

2021年广州国际金属加工工业展览会即将于2021年3月3-5日在中国进出口商品交易会展馆B区举行。邀您关注今日新资讯：

       一：导言

       大部分人口中经常说到的“数控系统”，“板卡系统”其实都是属于CNC系统的一个发展分支。

       目前除革命性的采用全PC平台软硬件资源的CNC系统以外，其他”数控系统”都是以PC板载运动控制卡，再外部拓展接口的形式存在的CNC系统。

       二： 简介

       数字控制系统简称数控系统，英文名称为Numerical Control System，早期是与计算机并行发展演化的，用于控制自动化加工设备的，由电子管和继电器等硬件构成具有计算能力的专用控制器的称为硬件数控（Hard NC）。20世纪70年代以后，分离的硬件电子元件逐步由集成度更高的计算机处理器代替，称为计算机数控系统，俗称CNC系统。

       计算机数控（Computerized numerical control，简称CNC）系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置，用于控制自动化加工设备的专用计算机系统。

       三：硬件结构介绍：

       从硬件结构上的角度，数控系统到目前为止可分为两个阶段共六代，第一阶段为数值逻辑控制阶段，其特征是不具有CPU，依靠数值逻辑实现数控所需的数值计算和逻辑控制，包括第一代是电子管数控系统，第二代是晶体管数控系统，第三代是集成电路数控系统；第二个阶段为计算机控制阶段，其特征是直接引入计算机控制，依靠软件计算完成数控的主要功能，包括第四代是小型计算机数控系统，第五代是微型计算机数控系统，第六代是PC数控系统。

       由于上世纪90年代开始，PC结构的计算机应用的普及推广，PC构架下计算机CPU及外围存储、显示、通讯技术的高速进步，制造成本的大幅降低，导致PC构架数控系统日趋成为主流的数控系统结构体系。PC数控系统的发展，形成了“NC＋PC”过渡型结构，既保留传统NC硬件结构，仅将PC作为HMI。代表性的产品包括FANUC的160i，180i，310i，，PA的PA8000等。

       还有一类即将数控功能集中以运动控制卡的形式实现，通过增扩NC控制板卡（如基于DSP的运动控制卡等）来发展PC数控系统。典型代表有上海柏楚电子科技有限公司的运动控制卡构造的FScut激光切割系统，深圳的固高运动控制卡，美国DELTA TAU公司用PMAC多轴运动控制卡构造的PMAC－NC系统。

       另一种更加革命性的结构是全部采用PC平台的软硬件资源，仅增加与伺服驱动及I／O设备通信所必需的现场总线接口，从而实现非常简洁硬件体系结构，典型代表有西门子的840D ；BeckHoff的TwinCAT；柏楚电子的CypTronic 等采用EtherCAT总线式的新一代CNC系统。

       总而言之：大部分口中经常说到的“数控系统”，“板卡系统”其实都是属于CNC系统的一个发展分支。这两个大分支结构属于并行关系，不存在优劣之分。只存在各个分支内部的一些产品性能之间的对比而已。

       四：伺服控制系统

       按照伺服系统的控制方式，可以把CNC系统分为以下几类：

       ⑴ 开环控制数控系统

       这类数控系统不带检测装置，也无反馈电路，以伺服电动机为驱动元件。CNC装置输出的进给指令（多为脉冲接口）经驱动电路进行功率放大，转换为控制电动机各定子绕组依此通电／断电的电流脉冲信号，驱动步进电动机转动，再经机床传动机构（齿轮箱，丝杠等）带动工作台移动。这种方式控制简单，性价比较高，从70年代开始，被广泛应用于经济型数控机床中。

       典型案例：西门子808系统；柏楚FSCUT2000系统（带反馈检测的脉冲型运动控制卡），广数GSK980，固高GUC和GE控制卡；

       ⑵ 闭环控制数控系统

       这类系统带有位置检测装置，有反馈电路，以伺服电机或者直线电机为驱动元件。CNC系统给出模拟量信号（多为速度环信号）经驱动电路进行功率放大，转换为控制电动机各定子绕组依此通电／断电的电流脉冲信号，驱动步进电动机转动，再经机床传动机构（齿轮箱，丝杠等）带动工作台移动。由于带有检测反馈机制，这一类系统控制精度相当较高，但调试难度一般稍难。

       典型案例：PA8000系统，柏楚FSCUT4000系统（模拟量闭环运动控制卡），美国PMAC运动控制卡；

       ⑶ 总线控制数控系统

       这类系统采用全新架构的控制方式控制伺服驱动器，抗干扰强，信号实时性高，能实现最多达上百轴的同步控制等。能实时监控驱动器状态，CNC系统状态，自动优化参数与检测反馈位置调整切割指令，即兼顾了切割精度又大大降低了调试难度。

       典型案例：西门子840D系统，柏楚FSCUT8000（基于EtherCAT总线技术）系统，Beckhoff数控系统；西班牙Fagor总线系统

       五：功能水平

       ⑴ 经济型数控系统

       又称简易数控系统，通常采用步进电机或脉冲串接口的伺服驱动，不具有位置反。馈或位置反馈不参与位置控制；仅能满足一般精度要求的加工，能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹类的零件，采用的微机系统为单板机或单片机系统；通常不具有用户可编程的PLC功能。通常装备的机床定位精度在0．02mm以上。

       ⑵ 普及型数控系统

       介于简式型数控系统和高性能型数控系统之间的数控系统，其特点联动轴数4轴以下（含4轴），闭环控制（伺服电机反馈信息参与控制），具有螺距误差补偿和刀具管理功能，支持用户开发PLC功能。

       典型案例：柏楚FSCUT2000、FSCUT4000（基于模拟量的闭环卡）系统；PA8000数控系统

       ⑶ 高档型数控系统

       一般是指具有多通道（两个及以上）数控设备控制能力，具有双驱控制、5轴及以上的插补联动功能、斜面加工、样条插补、双向螺距误差补偿、直线度和垂直度误差补偿、刀具管理及刀具长度和半径补偿功能、高静态精度（分辨率0.001μm即最小分辨率为1nm）和高动态精度（随动误差0.01mm以内）、高速度及完备的PLC控制功能数控系统。

       典型案例：柏楚FSCUT8000（基于EtherCAT总线技术）系统，西门子840D系统，FUNAC

       六：用途区分

       ⑴ 专用型数控系统

       专业型数控系统专注与某一个行业做开发。操作界面，参数设置，工艺调试，二次开发都贴合该行业的市场需求；对于行业内人士较人性化与友好化；上手简单，设置方便，功能齐全，有效缩短调试周期与维修难度；对操作人员技术水平要求较低。

       典型案例：柏楚FSCUT系列系统，该系列系统专业针对钣金与管材类激光切割市场开发的系统，包含激光切割工艺处理、可视化图形处理与操作，常用排样功能和激光加工控制。主要功能包括图形处理，可参数设置，自定义切割过程编辑，排样，路径规划，飞行切割，模拟，以及切割加工控制。无需搭配套料软件或者绘图软件就可以使用，支持多种绘图软件的文件格式直接可视化导入与编辑。

       ⑵ 通用型数控系统

       通用型数控系统专注与运动控制多个行业而开发的系统，为了兼顾多个行业的使用，有丰富的外部拓展接口，较好的控制算法，但往往只有一些基础的控制界面，高度自由的PLC编辑界面；需要使用者需要有一定的编程能力与二次开发能力才能优化出适合使用者的行业需求。一般都必须要搭配绘图软件与套料软件才能使用，支持文件格式较单一。对操作人员专业水准要求较高，经过一定的时间培训才能上岗使用。

       典型案例：PA8000数控系统，Backhoff数控系统；Fagor数控系统

       七：总结

       通过上述分析，相信你们也理解了“数控系统”与“板卡系统”之间的关系：就像柴油发动机与汽油发动机之间的关系一样，高中低档次的汽车针对不同的运用场合两种发动机都运用的案例。

       区分一个CNC系统的优缺点应该是以CNC系统的控制方式，功能水平，行业需求来决定的，而不是以系统的承载形式这一个单一的评判标准去区分CNC系统的优劣。

       国内传统重工业项目目前较为落后。高端基本被西门子，PA，FAgor，Baekhoff；三菱，等垄断。

文章来源：OFweek激光网

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