淺談基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)

王信 伍倪燕

摘 要：面對經(jīng)濟全球化、市場國際化、制造區(qū)域化、加工精益化的發(fā)展大趨勢，開放式數(shù)控系統(tǒng)的出現(xiàn)能較好的在技術(shù)生產(chǎn)、市場銷售、生產(chǎn)組織、現(xiàn)場管理和結(jié)構(gòu)管理等多方面為不同的機械制造企業(yè)在各種平臺上進行交互操縱，并能給用戶提供風格一致的交互方式，操作簡單實用、運用成效顯著。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)控制；PC開放式；數(shù)控系統(tǒng)

隨著經(jīng)濟全球化、市場國際化和加工技術(shù)同步化的發(fā)展大趨勢，制造業(yè)必須提升對市場應(yīng)變能力的反應(yīng)速度，制造系統(tǒng)將主要面對良好柔性、復合多功能型和加工批量的需求。因數(shù)開放式具有重構(gòu)性、模塊化、通用性以及可擴展化的軟硬件，進而讓其可以比較經(jīng)濟的、迅速的融入相關(guān)工作的加工需求；為此，生產(chǎn)廠商就系統(tǒng)集成的可能性作出了決斷，可以讓產(chǎn)品、技術(shù)進行系統(tǒng)集成，進而擴展與增強系統(tǒng)地功用。

1 開放式數(shù)控系統(tǒng)

數(shù)控系統(tǒng)的開放性概念是20世紀80年代末90年代初全球機床制造商為了讓機床制造業(yè)在技術(shù)生產(chǎn)中能夠適應(yīng)結(jié)構(gòu)管理、市場銷售、生產(chǎn)組織多樣化而提出來的。在各種不同的企業(yè)中使用開放式數(shù)控系統(tǒng)，都能在各種平臺運行的應(yīng)用系統(tǒng)中進行實現(xiàn)，并能融入其他數(shù)控系統(tǒng)，在其他系統(tǒng)中進行交互操縱，而且擁有相同的用戶操作界面。因此，開放式系統(tǒng)是指能夠在多種不同的平臺上運行，可以和其他系統(tǒng)的應(yīng)用相互操縱，并能給用戶提供風格一致的交互方式的數(shù)控系統(tǒng)。簡單的說，開放式的CNC系統(tǒng)就是在數(shù)控加工設(shè)備專用的CNC中融入PC具備的標準化、通用性和開放化等功能。開放式數(shù)控系統(tǒng)具有開放性的自身功能又具有開放性的接口，是一個模塊化的體系結(jié)構(gòu)。總而言之，開放式CNC系統(tǒng)擁有可移植性、可互操縱性、可互換性和可擴展性等四個特征。所謂可移植性是指CNC系統(tǒng)中的控制機理、交互模型和應(yīng)用的數(shù)據(jù)格式在應(yīng)用中沒有變化就可以進行移植，也就是說在整個過程中設(shè)備與系統(tǒng)的功能軟件對其沒有影響，即系統(tǒng)中的所有模塊可以用于各個制造商的工作平臺。所謂可互操縱性是指不同地模塊在 標準化的交互機制、通訊以及接口中進行可互操縱。所謂可互換性是指模塊之間在不影響系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行的情況下進行的交互替換。所謂可擴展性是指CNC系統(tǒng)在不影響工作狀態(tài)下可以增加軟件或硬件構(gòu)成功能更強的系統(tǒng)，也可以裁減其功能以適應(yīng)低端應(yīng)用。

2 基于開放式數(shù)控系統(tǒng)地種類

許多相關(guān)的研究人員對怎樣讓傳統(tǒng)專用型地封閉式系統(tǒng)變成開放式的數(shù)控系統(tǒng)提出了相關(guān)的可行性建議。根據(jù)開放式的不同層次，開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺主要有PC嵌入NC、NC嵌入PC、純PC型等三種結(jié)構(gòu)形式，開放效果受開放層的難度、開放層的層次影響，根據(jù)其變化而變化。

開放體系結(jié)構(gòu)的解決方案是一種更徹底的、全方位的開放方案，實現(xiàn)了從軟件到硬件、從人機操縱界面到底層內(nèi)核的全面開放。在開放體系結(jié)構(gòu)的標準及一系列規(guī)范的指導下，用戶可以按需要配置成功能可繁可簡、性能可高可低、價格可控、不依靠單一賣方的總成系統(tǒng)。開放式數(shù)控系統(tǒng)三種開放途徑如圖1所示。

3 PC式開放的數(shù)控系統(tǒng)的架構(gòu)

基礎(chǔ)構(gòu)建開放式數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺主要以PC機和運動控制卡為主，具有方便、快捷、高效的優(yōu)勢。用戶或生產(chǎn)商只需要根據(jù)具體要求，合理選擇標準化、模塊化運動控制卡產(chǎn)品，選擇合理的執(zhí)行單元模塊、PC機和運動控制卡，對硬件系統(tǒng)進行連接，就可以很快的完成開放式地數(shù)控系統(tǒng)地硬件平臺構(gòu)建。

在NC嵌入PC型開放式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，程序的處理采用運動控制卡，運動控制具備數(shù)字處理功能。當PC執(zhí)行弱實時或者非實時性任務(wù)時，比如在人機界面、輸入輸出、預(yù)備處理、發(fā)送指令等方面，都能夠進行再次開發(fā)設(shè)計；植入在運動控制卡上的DSP處理器不需要占用PC地固有資源，專注于補償處理、速度控制、位置控制、環(huán)境控制等實時性任務(wù)。同時，參照Windows2000操縱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在編程語言方面采用VisualC++作為開發(fā)的工具。

基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)靈活性較強，主要體現(xiàn)在具有較強的數(shù)據(jù)處理能力的運動控制卡上。采用“PC+運動控制卡”的開放式數(shù)控系統(tǒng)中，具備數(shù)據(jù)處理能力的運動控制卡基于PCI總線，利用高性能的DSP處理器，能夠有效完成實時性較強的任務(wù)，如能夠進行插補運算、位置控制、速度控制等。

此外，PC自身的軟件和硬件的相關(guān)資源還比較豐富，可以有效利用。其中網(wǎng)絡(luò)化、智能化、高性能的數(shù)控系統(tǒng)還有待開發(fā)，進而讓其更好的適應(yīng)高自動化、高效率、高速度地控制要求，基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

參考文獻：

[1] 李曉雪.基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)[M].裝備制造技術(shù)，2007.02.

[2] 梁新平.基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)[J].內(nèi)江科技，2008.08.

[3] 新一代NC的主流——開放式數(shù)控系統(tǒng)（上），機械工藝，中國鋼鐵百科，2010.

作者簡介：王信（1981-），男，學士，研究生學歷，助教，數(shù)控兼職教師，主要從事機械制造技術(shù)、機械制造裝備設(shè)計、機械設(shè)計基礎(chǔ)等課程的教學及車床改造、機電一體化等研究開發(fā)工作。