开放式数控系统的现

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1、开放式数控系统的现状与趋势开放式数控系统　　数控系统是数控技术的核心，数控机床的“大脑”。开放式数控系统从20世纪90年代初就引起人们的注意。初期的开放式系统结构仍然是面向特定装置、硬件和软件的。对于现代数控机床的控制来说，需要一种完全以微机为基础的、和谐的、标准化的软件环境，从而能够根据用户需要实现复杂的控制功能，在缩短加工时间的同时，提高加工质量和柔性，如图1所示。　　从图1可见，开放式数控系统的结构是面向软件配置的，可以由用户自行定义接口和软件平台，不断将功能集成到控制系统中，构成网络化的制造环境。将控制系统硬件和软件完全分开，可以根据

2、需要和技术的发展对相应硬件或软件分别升级。这一点对于机床制造商和用户都是非常有利的。　　用户进人数控系统的内部接口，就可进一步按照加工过程的要求，修改、删除和添加控制系统的功能，提高机床（包括控制系统）的性能。通过外部接口，就可根据自己的特殊需要和经验，增加新的控制功能。毫无疑问，开放式控制系统是机床控制技术的发展方向，将给数控系统供应商、机床制造商和最终用户都带来效益，如图2示。2开放的标志和内涵　　数控系统的开放成度可从以下4方面来加以评价。（1）可移植性。系统的应用模块无需经过任何改变就可以用于另一平台，仍然保持其原有性能。（2）可扩展

3、性。不同应用模块可在同一平台上运行，相互不发生冲突。（3）可协同性。不同应用模块能够协同工作，并以确定方式交换数据。（4）规模可变。应用模块的功能和性能以及硬件的规模可按照需要调整。实践证明，控制系统的开放程度将涉及人机界面、控制核心和整个系统：（l）开放的人机界面。“开放”仅限于控制系统的非实时部分，可对面向用户的程序作修改。（2）开放的控制核心（数控和可编程控制等）有限度开放。虽然控制核心的拓扑结构是固定的，但可以嵌人包括实时功能的用户专用过滤器。（3）开放的控制系统。控制核心的拓扑结构取决于过程，内部可相互交换、规模可变、可移植和可协同

4、工作。　　当前，尽管众多的数控系统供应商宣称他们的产品是开放式数控系统，但系统的开放程度仍然有很大差异。全开放数控系统应该能够与上层和下层进行通信，如图3示。3开放式数控系统结构及其接口　　控制系统硬件和软件结构有3种不同方案：（l）方案1。基于传统的数控系统结构，系统的功能分别由专用的处理器承担，控制系统核心的位置控制器采用模拟驱动接口。（2）方案2。将控制模块综合，减少处理器的数目，采用集成化控制功能的数字驱动方案。（3）方案3。以微机为基础，采用实时操作系统和单处理器，所有的控制功能作为软件任务在实时环境下运行，即SoftCNC，具有更

5、大的灵活性。　　3种不同方案的结构及其比较如图4示。机床的新一代数控系统对实时性和可靠性要求很高，硬件和软件的接口性能具有重要意义。接口可分为外部接口和内部接口两种，如图5所示。IMGsrc="/src/200722621025541.jpg"border=0>　　外部接口的作用是将控制系统与上层和下层装置以及用户连接，可以分为编程接口和通信接口。NC和PLC编程接口是标准化的，例如RS274、DIN66025。通常采用现场总线SERCOS,Profibus或DeviceNet，作为各种装置和I/0的接口，采用以太网和TCP/IP作为与上层系

6、统的接口。系统环境内部接口用于构成控制系统核心的元器件之间的交互和数据交换。　　10多年来，各国都对开放式控制系统进行了卓有成效的研究和开发。例如，美国的“下一代控制器(NGC)”研究计划提出了开放式结构标准规范(SOSAS)以及三大汽车公司提出了“开放的模块结构控制器（OMAC）”计划；日本由18家机床制造商和系统提供商共同参与的“控制器开放环境（OSEC）”协会，致力于推动控制器开放化；德国发起、欧洲各国参与的“自动化开放控制系统结构（OSACA）”计划等。美国国家标准与技术研究所主持了加强型机器控制器（EnhancedMachineCo

7、ntroller）的研究，采用Linux实时操作系统，源代码是公开的，可从www.linux-cnc.org网站下载，对我国研究和推广开放式数控系统有很大参考价值。　　控制系统的开放特征可以从系统平台、通信方式和编程方法3个方面来进行评价和比较，见表1。4开放式数控系统的应用案例　　(1)德国Andron公司　　Andronic2060数控系统是该公司的最新产品(www.andron.com)，它是新一代基于微机的、在Windows平台上的开放式系统，其内部硬件结构如图6所示。　　它采用由两个Intel处理器，通过PCI一PCI桥进行相互通信

8、。一个处理器承担数控运算（NC计算机），另一个作为人机界面计算机。NC计算机中插有NCCPU卡、NC机床卡。NC机床卡与数控驱动装置连接，并且通过2块带PCI桥的总