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大板式结构 CNC 系统的 CNC 装置可由主电路板、 轴控制板、 PMC 板、 图形控制板和电源板单元等组成。主电路板是大印制电路板， 其他电路是小印制电路板， 它们插在大印制电路板上的插槽内而共同构成 CNC 装置。图1为一种典型大板式结构数控系统结构图。

图1　大板式结构示意图

FANUC-6MB 系统采用的就是这种大板式结构， 其结构示意图如图2所示。 图中主板 （大印制电路板） 上有控制核心电路、位置控制电路、纸带阅读机接口、 3 个轴脉冲编码器反馈输入接口和速度控制量输出接口、 手摇脉冲发生器接口、 I/O 扩展板接口和 6个小印制电路板的插槽。

控制核心电路为微机基本系统， 由 CPU、 存储器、 定时和中断控制电路等组成。 存储器包括ROM 和 RAM， ROM （常用EPROM） 用于固化数控系统软件， RAM 用于存放可变数据， 如： 堆栈数据和控制软件暂存数据，对数控加工程序和系统参数等可变数据存储区域具有掉电保护功能， 如： 磁泡存储器和带电池的 RAM，当主电源不供电时， 能保持其信息不丢失。 6 个插槽内分别可插入用于保存数控加工程序的磁泡存储器板、附加轴控制板、 CRT 显示器显示控制和 I/ O 接口、 控制用 ROM 板、 PMC板及当位置反馈传感元件采用旋转变压器或感应同步器时的旋变/ 感应同步器控制板。

图2　FANUC-6MB 结构示意图

在多微处理器中， 由两个或两个以上的 CPU 构成处理部件。 各处理部件之间通过一组公用地址和数据总线进行连接。 每个 CPU都可享用系统公共存储器或 I/ O 接口， 并分担一部分数控功能， 从而将单微处理器的 CNC 装置中顺序完成的工作，转变为多微处理器并行、完成的工作， 大大增强了整个系统的性能。

多微处理器结构的 CNC 装置大都采用模块化结构， 根据设备的要求选用功能模块构成CNC 系统。 如果某个模块出了故障，其他模块仍能工作， 可靠性高。 由于硬件一般是通用的， 容易配置， 只要开发新的软件就可以构成不同的 CNC 装置，这样便于组织规模生产， 能够形成批量生产并保证质量。

（1） 多微处理器结构 CNC 装置的基本功能模块

在设计多微处理器结构的 CNC 装置时， 可根据具体情况合理划分其功能模块。 常见的有下面 6 种基本功能模块。

①　CNC 管理模块。

②　CNC 插补模块。

③　位置控制模块。

④　plc 模块。

⑤　数据输入、 输出和显示模块。

⑥　存储器模块。

如果希望扩充功能， 则可以再增加相应的模块。

（2） 多微处理器结构 CNC 装置的典型结构

采用多微处理器结构的 CNC 装置， 有共享总线和共享存储器两种典型结构。

共享总线结构以系统总线为中心， 把组成 CNC 装置的各种功能模块划分为带有 CPU 的各种主模块和不带 CPU 的各种从模块。如管理模块、 控制模块、 插补模块是主模块， RAM/ROM 模块或 I/ O 模块是从模块。 所有主、从模块共享都是严格定义的标准系统总线。系统总线的作用是有效地连接各个模块， 并按照要求交换各种数据和控制信息，从而构成一个完整的系统。

在系统中只有主模块有权控制并使用系统总线。 当多个主模块请求使用系统总线时， 必须要由仲裁电路判别出各模块优先级的高低，优先级的高低按每个主模块担负任务的重要程度预先安排好。 总线裁决通常有串行方式和并行方式两种。在串行总线裁决方式中，按连接顺序决定优先级的高低。 对于某个主模块来说， 只有当其前面优先级更高的主模块不占用总线时， 才能使用总线。这时， 其后面优先级较低的主模块不能使用总线。 在并行总线裁决中， 判别主模块优先级的高低需配置一个专用逻辑电路，一般采用优先权编码方案。

各模块之间的通信主要由公共存储器来实现。 公共存储器直接插在系统总线上， 有总线使用权的主模块都能访问，可供任意两个主模块交换信息。

共享总线结构的典型代表是 FANUC15 系统。 它按功能的不同可将系统划分为若干个功能模块， 其中， 带有 CPU的称为主模块， 不带 CPU 的称为从模块。 根据不同的配置可选用7、 9、 11 和 13 个功能模块插件板。所有主从模块都插在配有总线 （传输速度很快的FANUCBUS） 插座的机柜内， 通过共享总线把各个模块有效地连接在一起，并按要求交换各种数据和信息， 从而组成一个完整的实时多任务系统， 以实现 CNC 的预定功能， 其硬件结构如图1所示。

图1　FANUC15 系统的共享总线结构

FANUC15 系统的主 CPU 为 Motorola68020 （32 位）， 在内装的 PLC、 轴控制、图形控制、通信及自动编程等功能模块中也都有各自的 CPU， 可构成*小至*大的系统， 控制 2 ～15 个轴。

共享总线结构的优点是： 系统配置灵活、 结构简单、 容易实现、 造价低、 可靠性高。共享总线结构的缺点是： 总线是系统的“瓶颈”， 一旦系统总线出现故障， 整个系统将受到影响； 由于使用总线要经仲裁， 这就会引起竞争，从而使信息传输效率降低。

共享存储器结构是面向公共存储器来设计的， 即采用多端口来实现各主模块之间的互联和通信。 同共享总线结构一样，该系统在同一时刻也只能允许有一个主模块对多端口存储器进行访问 （读/ 写）， 也必须有一套多端口控制逻辑来解决访问冲突这一矛盾。 但由于多端口存储器设计较复杂， 对于两个以上的主模块，可能会因争用存储器而造成存储器传输信息的阻塞， 使系统效率降低， 从而给扩展功能造成困难， 一般采用双端口存储器 （双端口RAM）。

西班牙 FAGOR 公司的 8025 系统就是一种共享存储器结构的 CNC 系统， 其共享存储器结构如图2所示。

图2　FAGOR8025 系统的共享存储器结构

FAGOR8025 系统共有 3 个 CPU。

①　中央 CPU 负责数控程序的编辑和译码， 刀具和机床参数的输入。

②　显示 CPU 把中央 CPU 的指令和显示数据送到视频电路进行显示， 还定时扫描键盘和倍率开关状态并送到中央 CPU进行处理。

③　 插补 CPU 用来完成插补运算、 位置控制、 I/ O 控制和 RS232 通信等任务， 还向中央 CPU提供机床操作面板开关状态及所需显示的位置信息等。中央 CPU 与显示 CPU 和插补 CPU 之间各有 512B的公共存储器用于交换信息。