張贊秋 高 巖 羅 迪 楊松山 蘇升力

（大連光洋科技工程有限公司，遼寧大連 116600）

數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心，而這個(gè)核心的大腦就是數(shù)控系統(tǒng)的主板。其性能、功能和穩(wěn)定性決定了一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的速度、易用性和穩(wěn)定性，對(duì)數(shù)控機(jī)床的好壞起著重要的作用。

目前市場(chǎng)上數(shù)控系統(tǒng)多是使用普通工控主板，為了連接數(shù)控其他硬件需要許多的接口、連接器。面對(duì)數(shù)控機(jī)床復(fù)雜的工作環(huán)境，可能帶來許多問題。如機(jī)械加工的振動(dòng)可能引起連接器的松動(dòng)，機(jī)械切削的碎屑可能帶來大量的導(dǎo)電粉塵，或者靜電粉塵這些粉塵可能堆積在連接器接口，導(dǎo)致功能異常，甚至損壞主板。面對(duì)這些問題，必須找到一種方法在保證性能和功能的同時(shí)，保證主板的穩(wěn)定性。

數(shù)控專用主板是工控主板的一種，為X86結(jié)構(gòu)，具有操作系統(tǒng)豐富（兼容WINDOWS、LINUX等）、軟件兼容性好、開發(fā)工具豐富、系統(tǒng)穩(wěn)定、硬件兼容性好等優(yōu)點(diǎn);同時(shí)，它具有非常高的集成度，主板上整合了許多設(shè)備，包括內(nèi)存、數(shù)控總線控制器等，方便實(shí)用。

1 處理器與平臺(tái)選擇

高性能的數(shù)控產(chǎn)品需要有個(gè)高速的大腦，但就處理器來說，速度和熱功耗是成正比的。過高的功耗，散熱就成了一個(gè)問題，原來的被動(dòng)式散熱就需要改成主動(dòng)式散熱，而機(jī)械式的風(fēng)扇，在大量粉塵的工作環(huán)境中，壽命會(huì)大大縮短，一旦風(fēng)扇停轉(zhuǎn)又不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，處理器和主板就可能面對(duì)燒毀的問題。這里，我們采用的系統(tǒng)平臺(tái)為英特爾公司的Pentium?M Processor與 Mobile Intel?915GM Express Chipset。1.4 GHz 的速度與單片10 W左右的熱設(shè)計(jì)功耗滿足我們的需求。

2 整合功能外設(shè)與板型選擇

2．1 普通工控主板

普通工控主板的結(jié)構(gòu)如圖1，板載了各種接口，包括內(nèi)存、PCI、HDD（SATA、IDE）USB 等，所有設(shè)備均需要通過這些接口連接到主板上，實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能。圖2鍵盤鼠標(biāo)使用的PS/2端口的公頭、母頭，這種端子可以隨意插拔，無鎖死裝置。圖3所示為USB插接端子，該端子同樣沒有鎖死裝置。USB和PS/2這樣的接口就可能在數(shù)控系統(tǒng)中遇到振動(dòng)或者人為誤觸碰脫落，導(dǎo)致系統(tǒng)故障。圖4為內(nèi)存的插接方式有鎖死裝置，但針腳非常多，在數(shù)控系統(tǒng)工作的環(huán)境里，靜電和灰塵問題幾乎不可避免，連接處還會(huì)出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，影響可靠性。

2．2 數(shù)控專用主板接口選擇

可靠的連接是系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的保障。

主板上所有端子均為帶鎖端子，其中 PS2、USB、音頻、串口、LVDS、電源均為JST生產(chǎn)的 PAD CONNECTOR，允許電流 3 A，電壓250 V，隔離阻抗1 000 MΩ。如圖5。而網(wǎng)口采用 RJ45端口，本身自帶鎖死裝置。SATA端口為標(biāo)準(zhǔn)端口，帶鎖死裝置。

2．3 板型尺寸方面的考慮

我們知道，通用主板PCB厚度一般為1.6～2.0 mm，板材尺寸越大，受力的時(shí)候變形量越大，板材中間位置的器件越容易斷裂、開焊，為此我們?cè)O(shè)計(jì)了更小的板型，板厚為2.0 mm，尺寸為120 mm×180 mm。根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品試驗(yàn)，變形量非常小，避免板上元器件的剝離脫落等問題。

3 主板集成功能

主板集成度越高，所需外設(shè)越少。為了盡可能減少外設(shè)所帶來的不穩(wěn)定因素，如為了避免內(nèi)存插槽的影響，我們?cè)谥靼迳霞闪巳堑腄DR2 SDRAM內(nèi)存顆粒，由8片組成2個(gè)BANK的64位結(jié)構(gòu)，板載1 G內(nèi)存，BGA封裝。焊接后，可避免內(nèi)存DIMM端子帶來的不穩(wěn)定性。還取消了PCI接口，由原來插入式的系統(tǒng)總線卡改為了板載，這樣振動(dòng)和灰塵等問題就可以避免。也可以節(jié)省系統(tǒng)裝配人工。

4 光纖接口全數(shù)字總線

GLINK數(shù)字總線是大連光洋開發(fā)和使用的一種數(shù)控專用通訊總線。它具有速度快、抗干擾內(nèi)力強(qiáng)、使用方便等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)已使用在大連光洋的所有數(shù)控系統(tǒng)中，已經(jīng)過多年的使用，充分的驗(yàn)證，得到了用戶的一致好評(píng)。

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）的簡(jiǎn)稱，是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國(guó)BOSCH公司開發(fā)的，并最終成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn);也是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。在北美和西歐，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機(jī)械車輛設(shè)計(jì)的J1939協(xié)議。近年來，其所具有的高可靠性和良好的錯(cuò)誤檢測(cè)能力受到重視，被廣泛應(yīng)用于汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強(qiáng)和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境中。

5 結(jié)語

集成全部數(shù)控系統(tǒng)主板相關(guān)功能，尤其是GLINK全數(shù)字光纖接口的使用和CAN總線接口的使用，使數(shù)控主板告別了許多數(shù)控硬件如通訊卡、CAN卡等插接在主板上的時(shí)代。主板單板固定在控制器內(nèi)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，避免了灰塵，振動(dòng)、風(fēng)扇等不可靠因素，從而得到更好的穩(wěn)定性。