[发明专利]基于Markov判定方法的数控系统硬件安全保护方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及数控装置硬件技术领域，具体的说是一种基于基于Markov判定 方法的数控系统硬件安全保护方法及装置。

背景技术

随着机床数控系统及相关技术的发展，高速、高精、复合、智能化加工等 成为数控机床的发展趋势，数控机床的功率及加工速度的提高，对与之配套的 数控系统及伺服驱动单元的安全性提出了新的需求。数控机床系统在给人们带 来高效、快捷和方便的同时，其对设备及人员的潜在危险及其危害性也越来越 大，因而机床数控系统等相关控制设备的安全性也变得日益重要。数控系统的 安全保护系统是针对数控系统中的数控装置、伺服、主轴、I/O等机床数控设备 可能出现的故障进行保护动作的系统，当出现故障时，能够进入安全状态或进 行故障消除，最终避免事故的发生或者至少能减少事故给设备、环境和人员造 成的危害，确保数控机床的高效、安全加工。由于机床数控系统所包含的数控 装置、伺服、主轴、I/O、PLC等不同种类的功能单元模块，系统结构复杂，与 系统安全控制相关的控制信号种类多，如急停信号、保护安全开关信号、数控 系统现场总线信号、驱动器状态信号、电源状态等，并且这些信号之间的安全 判断关联关系复杂，要求安全控制处理必须能够高效、高速、正确的对系统状 态做出判断和响应，最终实现避免事故的发生或者减少事故给设备、环境和人 员造成的危害。

因此，机床数控系统的安全保护技术是当前国内外数控领域的热门研究课 题之一，国外主要数控厂商如西门子、发那科等公司将数控系统安全保护作为 一项关键技术及数控系统性能的重要指标，在研制的下一代数控系统、伺服驱 动单元、PLC等产品中将安全控制功能作为一个子系统集成到数控系统产品中， 并对国内数控系统厂商实施技术封锁。我国目前在数控系统安全保护技术及产 品领域尚属空白，针对数控机床安全控制系统等设计与研发，还主要处在借鉴 采用国际相关技术的阶段，在国际市场的产品竞争中，无法取得话语权。在机 床数控产品出口时，常因控制核心部件及电气控制设备不符合相关安全国际标 准而发生禁售或强制更换部件等情况，另一方面，在面向航空航天、汽车制造 等领域的高速、大型、重型机床领域，由于我国没有相应的具有安全功能的数 控系统等安全控制系统产品，全部需要高价购买国外产品进行配套，经济代价 高并经常受到国外技术产品的封锁限制，严重制约我国高档数控系统及数控机 床技术及产品的发展。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一 种方法简单、高效的针对数控系统硬件的安全保护方法及装置，以面向机床数 控系统运行过程中，实现高效、高速、正确的对系统运行状态做出判断和响应， 当判断系统将处于故障或危险状态时，在预测到系统安全失效概率达到阈值时， 通过启动预编程处理的I/O输出保护信号，实现数控机床加工过程中对系统的保 护操作功能，减少事故给设备、环境和人员造成的危害，实现对人身和机床的 保护，避免人员的伤亡、设备财产的损失等保护要求。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于Markov判定方法的 数控系统硬件安全装置，包括：

Microblaze处理器，输入端接收来自总线的总线数据到达指示信号和来自执 行同步延时计时器发出的同步信号；输出控制信号分别至高精度实时时钟RTC、 高速数字及模拟量I/O输入电路、I/O输出控制接口电路；并与其进行数据传输； 用于完成数字及模拟量信号的采集计算控制，基于Markov方法的系统失效概率 计算，系统安全失效概率是否达到阈值的实时计算及判断处理，以及保护操作 功能执行控制；

高精度实时时钟RTC，连接Microblaze处理器，用于为Microblaze处理器 提供高精度的数字及模拟量信号作为实时采集的启动控制信号；

高速数字信号采集电路，连接Microblaze处理器，输入端接收来自 Microblaze处理器的控制信号，用于监测来自数控系统的脉冲输出、运行状态等 监测信号；与Microblaze处理器进行数据传输，将采集到的信号发送给 Microblaze处理器；

高速模拟信号采集模块，连接Microblaze处理器，输入端接收来自 Microblaze处理器的控制信号，用于监测来自数控系统的电源电压、工作电流的 模拟量信号，将采集到的信号发送给Microblaze处理器；