[理学]开放式数控系统

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1、作者：聂晓根福州大学机械工程及自动化学院NumericalControlTechnologyE_MAIL:nxg@fzu.edu.cn第八章开放式数控系统及其设计一概述随着计算机控制技术和先进制造技术的发展，人们逐渐认识到专用CNC系统之间的自成一体所带来的互不兼容的弊病，迫切需求具有配置灵活、功能扩展简便、基于统一的规范和易于实现统一管理的开放式系统。各国纷纷开展新一代开放式体系结构数控系统的情况：美国：“下一代工作站/机床控制器体系结构”NGC欧共体：“自动化系统中开放式体系结构”OSACA日本：OSEC计划等1987年，美国提出了下一代控制器

2、计划NGC(NextGenerationWorkstation/MachineController)和开放式系统体系结构标准SOSAS(StandardsofOpenSystemArchitectureforAutomaticSystems)首次提出了开放式体系结构的概念。1992年，OSACA-OpenSystemArchitectureforControlswithinAutomationSystemsOpenSystemEnvironmentforControllers二开放式数控系统的定义及优点1开放式数控系统的概念及特点IEEE定义开放式

3、系统为：一个开放式系统应能使得各种应用系统可以有效地运行于不同供应商提供的不同平台之上；可以与其它应用系统相互操作，并具有风格一致的用户交互界面。从目前研究来看，开放式数控系统体系结构还没有统一、明确的概念，实现技术还处于百家争鸣的阶段。一般来说，对于开放式数控系统都强调五个方面的性能特征：即插即用(plug&play):数控功能采用模块化的结构且各模块具有即插即用的能力，以满足具体控制功能要求；可移植性(portability):功能模块可运行于不同的控制系统内；易于实现智能化、网络化的要求。可扩展性(expandability):功能相似、接口

4、相同的模块之间可相互替换，有随技术进步而更新硬软件的可能；可缩放性(scalability):控制系统的大小（模块的数量与实现）可根据具体的应用增减，以便根据需要可方便实现重构、编辑，实现一个系统多种用途。互操作性(interoperability):模块之间能相互协作(交换数据)，容易实现和其他自动化设备互连，可相互替代。数控系统呈现出从封闭体系结构向开放体系结构发展，从硬数控向软数控方向发展的趋势。目前数控系统有以下四种：如FANUC、SIEMENS等数控系统。这是一种专用的封闭体系结构的数控系统。(1)传统数控系统(2)开放式数控系统PC嵌入

5、NC式（衍生式）NC嵌入PC式（嵌入式）全软件型（扩展式）（1）PC嵌入NC（衍生式）专用NC+PC，在传统的非开放式的CNC上插入一块专门开发的个人计算机模板，使传统的专用CNC带有个人计算机的特点。该系统传统CNC没有改变，进行实时插补、伺服控制、电源控制以及I/O控制等一些实时控制；PC部分执行前端管理等非实时控制，例如人机界面，存储和通讯等。此种模式的控制器主要出自CNC控制器制造商。其原因一方面是许多用户对他们的产品很熟悉，也习惯使用；另一方面是控制器商不可能在短时间内放弃他们传统的专用CNC技术。因此，这是一种折衷方案：在他们专用CNC

6、系统中PC的前端接口，使其具有PC处理的柔性，也就是说，这种模式只具有部分的开放性，它不能实现NC内核的开放。这是数控系统制造商将多年来积累的数控软件技术和当今计算机丰富的软件资源相结合开发的产品。它具有一定的开放性，但由于它的NC部分仍然是传统的数控系统，用户无法介入数控系统的核心。代表产品有SIEMENSSINUMERIK系列、FANUC18i、16i系、Num1060系统、AB 9/360等列数控系统。国内的华中I型数控系统。PC+NC控制卡。PC机作为系统的核心，将控制卡插入到PC的标准扩展槽中完成各种标准数控功能，一般用PC机处理各种非实

7、时任务，由硬件扩展卡处理实时任务。(2)NC嵌入PC（嵌入式）这种模式中，PC部分能提供一定意义上的开放，控制卡能保证实时性。以PC为基础的CNC控制器是目前研究的主流。美国DelaTauDataSystem公司的PMAC-NC，德国PA公司的PA8000、美国OrmecSystem公司Orion、德国的Indramat公司的MTC200都是类似这种模式。这种运动控制卡通常选用高速DSP或运动控制芯片作为CPU，具有很强的运动控制和PLC控制能力。它本身就是一个数控系统，可以单独使用。它开放的函数库可以在Windows、DOS和Linux平台下自行

8、开发构造所需的控制系统。如美国PMAC卡构造的PMAC-NC数控系统。(3)软型开放式数控系统（扩展式）这是一种真正意义上