基于SERCOS接口的開放式數控系統

摘要：開放式數控系統體系是目前的一項數控技術研究熱點，也是此項技術發展的一個主流形式。本文提出了一種基于SERCOS接口技術的系統體系，進而構建了開放式數控系統的軟硬平臺。本文介紹了此項開放式數控系統模塊的結構，并分析了其硬件平臺和軟件平臺要求。

關鍵詞：SERCOS接口；軟硬平臺；開放式；數控系統

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712（2012）20-0002-01

一、開放式數控系統的模塊結構及模塊功能優勢

（一）系統概論。目前用于傳動數據通訊、數字伺服的國際通用標準即為SERCOS接口，它是一種交換協議，它用于高精度及高速運動控制的數據 、現場總線接口的數據交換。圖1即為此項數控系統模塊結構示意圖。

圖1 基于SERCOS接口技術的開放式數控體系模塊結構示意圖

（二）系統各模塊的功能優勢。1.Soft SERCOS。采用Soft SERCOS能夠簡化SERCOS接口，具有更加有效的作用，應用Soft SERCOS搭建了軟件橋梁，實現了控制器、SERCOS接口之間的連接，進一步簡化了SERCOS接口硬件的復雜性，提供了更加方便的開發平臺，便于CNC開發者應用、工作。2.SERCOS接口。采用光纖傳輸方式實現SERCOS接口傳輸，具有以下優勢：①實時性。因采用光纖傳輸環路，數據傳輸速率有2、4、8、16Mbit，適用于多軸聯動控制，方便高精度、高速定時定位控制；②抗干擾性。交流伺服系統的伺服器會產生較大的干擾信號，造成了系統測量信號的一定影響，采用SERCOS光纜能隔離伺服器和AD等信號，還能減輕伺服系統受到的干擾；③擴展性。依據通信周期、通信速度、操作次數等可以將環路上的連接節點擴展至250多個；④可靠性。采用環形串行通信拓撲結構，將連接電纜極大減少，不但方便安裝維護，還能將系統可靠性進一步提升。3.Soft CNC平臺。Soft CNC平臺是整個體系開放性所在，此模塊的自由度最大。Soft SERCOS是連接底層運作執行部件與CNC的接口，目前已經實現了開放性。這個平臺是連接網絡通訊模塊、用戶界面、Soft SERCOS的主要接口，可以為用戶提供更加適合用戶應用、更為簡潔的數控軟件開發平臺。Soft CNC平臺以各種數控設備的共性做基礎，擴展滿足不同數控系統的個性需求。在此平臺上，用戶可依據個人行業需求對開發軟件模塊進行自我重組。利用共享內存將運動數據送至Soft SERCOS，然后經過SERCOS接口將其送達執行機構。

二、系統的軟硬件平臺構建

（一）硬件平臺。基于SERCOS接口的開放式數控系統硬件要求：（1）PC機；（2）SERCOS接口；（3）光纜機；（4）伺服驅動器；（5）伺服電動機。其中伺服驅動器和伺服電動機的數量根據用戶的需要選擇。

SERCOS卡屬于一種即插即用的計算機通用接口卡，將會形成環路基于I/O和驅動之間，這個環路即為SERCOS接口環路，采用光纖傳輸技術實現連接。I/O站作為輸入輸出模塊，對按鈕、輸出等進行控制，光纜環與I/O的連接通過連接模塊實現，連接米快同樣也是通訊轉接單元，通訊信息的處理采用的是Soft SERCOS，因此SERCOS卡是被動式主控卡。基于軟件功能基礎不但實現硬件系統的控制功能，還具有較強的開放性，因此此項開放式數控系統的硬件結構相對較簡單。

（二）軟件平臺。開放式數控系統軟件要求：（1）實時操作子系統 RTX5.0；（2）Windows Nt4.0，要求內存至少為32兆，通常情況下要求內存64兆；（3）具有實時內核的Borland C++5.0；（4）Soft SERCOS。結構如圖2所示。

圖2 基于SERCOS接口的開放式數控體系的軟件平臺結構示意圖

由于高速度、高精度數控系統在通常情況下都會要求具備較高的實時性，所以一般會保持在1ms范圍內，本次研究的數控系統利用RTX5.0軟件對系統進行實時性控制。

在RTX5.0軟件中心增加了一個RTX實時子系統，即RTSS，RTSS擁有獨立的Api和執行環境，但它不能利用NT的調度，執行的是自己的實時線程調度，且多有的線程調度經在Windows任務調度之前。RTX包括HAL，也就是進行了抽象擴展的實時性硬件擴展層，對于RTSS、NT之間的中斷絕緣性的實現應用HAL完成。RTSS還有屏蔽Windows中斷的功能。而且實時HAL還具備基本異常處理、軟件中斷機制等性能。

RTX API基于Win32 API基礎，只要開發者熟悉Win編程，就可以利用其作為開發工具，對于部分Win32 API來說RTX都支持，語法上，RTAPI具備了更好的實時性。RTSS進程可以實現和C Run Time Libraries的靜態鏈接，于此同時RTX還支持Unicode。不過它并不是對所有的Win32函數均支持，所以通常情況下至少包含了2個進程，一個基于Win32，一個基于RTSS，確保了實時性。設備管理、內存管理、時鐘和定時器、內部進程通信、中斷管理、文件輸入輸出管理以及進程與線程管理均屬于RTX函數的內容。

三、總結

基于SERCOS技術，利用SERCOS卡通過SERCOS接口開發開放式數控系統，將系統的動態性、開發性極大的提升了，采用RTX5.0軟件實現了系統實時性控制，更加方便CNC開發者的應用及工作。

參考文獻：

[1]張細剛，龔邦明.基于SERCOS的開放式數控系統研發[J].機械設計與制造.2008（4）：169-171