嵌入式網絡數控系統和技術

文/張琳吝

為了能夠滿足當今社會對機械產品大幅增加的需求，數控技術開始迅速發展，并得到了廣泛應用。而傳統的數控技術并不能完全滿足社會生產的需要，對此，通過嵌入式網絡技術對傳統數控系統進行優化，提高其運算能力成為了當前亟待解決的重要課題。計算機中的電子元件相對處于各自獨立的狀態，故在進行數控操作時可以通過邏輯電路的不同排列方式進行數控計算。據此我們可以看出，對計算機的運算方式進行優化是實現數控優化的基礎。因此，利用嵌入式網絡的應用來提高數控系統的運行效率具有較強的實踐意義。

1 嵌入式系統概述

1.1 嵌入式系統模型

嵌入式系統主要基于計算機系統進行構建，其系統模式包含了多元化的電子系統。我們對嵌入式系統進行分析之后可以發現，即使目標系統不是電子系統，也同樣能夠在該系統中得到較好的模擬效果，因而諸多大型系統均較常采用嵌入式系統進行構建。而在這樣的系統中，系統和外界之間也可以進行更好的信息傳遞與互換。不僅如此，嵌入式系統也可以充分發揮自身的優勢，從而對其他系統的正常運行創造條件。無論是信號的輸入還是輸出都可以通過嵌入式系統得到較大的幫助。由此我們可以看出，將計算機技術與嵌入式系統技術相結合，除了可以有效的控制機電設備運轉，同時也可以使得計算機的各個處理器的運作效率得到明顯提升，從而使網絡服務能夠正常運行。正因如此，嵌入式系統也被稱為嵌入式網絡數據運行系統。當前常見的嵌入式系統模型具體如圖1所示。

1.2 嵌入式系統的可重構能力

一般來說，一個能夠有效處理各種數據，并對外界的各種指令進行響應、反饋的中央處理器對于嵌入式系統而言極為重要。如果人們想要構建一個完備的嵌入式系統，則必須以這一觀念為基礎，并結合計算機技術來實現。而這樣構建的嵌入式系統在可編寫功能上具有較強的優勢，并且對中央處理器的負荷并不是很大，處理器的使用壽命將會大幅延長，性能也可以長時間保持較高的狀態，因而處理數據的速度也相對較快。除此之外，由于系統軟件對整個系統進行控制，可以讓系統具備一定的重構能力，當系統內資源充沛時便可以實現嵌入式系統平臺得以重構，并且應用到多種不同的復雜環境中。這里所說的重構實質上便是指系統資源的重復利用與共享，如果嵌入式系統的電子元件中不包括FPGA，則僅可以通過軟件的重復工作來實現重構；但是在FPGA出現之后，系統內需要得到應用與共享的資源便會以文件的形式得到保存，方便系統對其進行調度以及使用者進行使用，從而達到系統硬件的強化目的。總而言之，嵌入式系統具有較強的可重構能力，這不僅能夠幫助系統中的硬件、軟件正常工作，還能夠極大程度上提升計算機系統的運算能力與控制能力，實現控制能力的大幅提升。

圖1：嵌入式系統結構示意圖

2 嵌入式網絡數控系統實現技術

2.1 嵌入式網絡數控系統的硬件構建

從硬件角度來進行分析，嵌入網絡數控系統一般需要由數個嵌入式系統結構共同構成，同時各個系統結構需要協作滿足嵌入式網絡數控系統整體所應當具有的數控、管理以及顯示等功能，進而達成使用者與計算機系統之間交互工作。由于恰如是網絡數控系統使得數控系統更加實用，人們可以通過對操控代碼進行收集整理與分析翻譯，進而更好的對系統中可能存在的故障進行排查。同時，嵌入式網絡數控系統也可以和外部網絡進行連接，從而對系統的運行進行控制。和傳統的數控系統相比，通過各類輸入裝置可以更好的達成人機之間的交互。當使用者輸入相關的指令和數據之后，系統便會執行相應的操作，進入工作狀態。系統中的各類硬件，如插補器、間隙補償器等，可以協助提升嵌入式網絡數控系統的運算能力，而嵌入式數控系統中的PLC系統則可以實現對嵌入式網絡數控系統的邏輯控制功能進行優化與完善；速度控制器、位置伺服控制器等可以對數控設備各個部分的運行、動作等進行調整，更加精確的實現數控加工操作，并且機械加工過程可以通過網絡平臺進行實時觀測。其中，對數控加工設備的遠程監控也可以在數字計算機控制系統進行觀測，尤其是對于嵌入式網絡數控系統而言，其系統的線路一般都是在數字計算機控制系統中進行操控，利用相應的線路便可以有效控制數控加工設備的特定組件與PLC系統進行連接，從而實現對加工設備的數字化控制。總而言之，無論是嵌入式系統還是計算機控制系統，都可以對數控加工設備進行較好的控制。尤其是在網絡技術已經應用到數控操作的環境下，嵌入式網絡數控系統兼具了二者的優勢，使數控加工設備遠程操控的實現具備現實可行性。

2.2 嵌入式網絡數控系統的軟件構建

在對嵌入式網絡數控系統進行構建時，除了需要注重硬件設施之外，對軟件的設計也至關重要。通過對嵌入式網絡數控系統的功能需求進行分析可以得出結論，該系統的軟件需要由控制程序、伺服運動控制軟件等多個部分組成。為了能夠滿足軟件之間具有較好的兼容性，在選擇相應程序時需要注意各個程序之間的接口需要統一，以支持數據傳遞、處理等工作能夠正常運行。同時，PLC單元以及數控單元是嵌入式網絡數控系統軟件中的重要組成部分，也是實現系統功能的關鍵步驟。一般在軟件研發過程中，會生成具有自動化工程的軟件，從而可以直接下載并使用。除此之外，數控系統的定義模塊需要在應用編譯語言時能夠對符合數據要求的組件進行選擇，并在嵌入式網絡數控系統的運行下實現相應功能，從而滿足使用者的各項需求。在某些特定的條件下，數控系統軟件可以自行生成，在進行下載之后，數控系統軟件和嵌入式網絡數控系統可以較好的匹配，功能和運行上不會出現較為嚴重的沖突。

3 嵌入式網絡數控系統的實際應用

在確定了嵌入式網絡數控系統的構建過程之后，便可以以此為依據，對嵌入式網絡數控系統的實際應用進行設計與分析。一般來說，在嵌入式網絡數控系統實際應用的過程中需要注意如下幾點：

3.1 中央數控單元的選擇

一般來說，嵌入式網絡數控系統在應用過程中會選用ARM處理器與DSP處理器連用的方式。之所以選擇這種處理器結構，是因為這兩類處理器之間可以通過串口來完成數據交換的過程，并且具備一定的軟件調試功能。其中，DSP處理器在控制器局域網絡的驅動下可以通過接口與總線進行連接，并有效提高數據傳輸的速率。DSP處理器中的通用定時器可以產生脈沖信號，該類信號作為進給量可以經由處理之后轉變為操縱加工設備的進給信號，從而實現對數控加工設備的操控。而ARM處理器則為操作系統提供較好的運行環境，使數控的主程序得以在處理器上運行，同時與外部設備相連接，實現人機交互的功能。

3.2 人機交互模塊的設置

對于嵌入式網絡數控系統而言，需要設置并構建較為實用的人機交互模塊來提高對數控加工設備的控制能力。一般來說，該模塊需要滿足兩點：

（1）使用者向系統的數據傳遞，此時便需要在系統的外部設備中添置鍵入設備，以幫助使用者下達各項操作指令，進而使系統做出相應的反應，實現數控機床的加工工作；

（2）系統向使用者的數據傳遞，此時需要在系統的外部設備中添置顯示設備，以幫助使用者更好的了解當前系統的工作狀態，從而對所要下達的指令進行實時調整，維護數控加工設備的正常高效率工作。

4 結語

相較于傳統的網絡數控技術而言，嵌入式網絡數控系統的實用性更強，且能夠更好的適用于多種數控加工設備，同時在進行數控加工控制的過程中也能夠提高數控加工工作的效率，降低加工成本。因此，在當前需要著重發展嵌入式網絡數控技術，使之能夠更好地投入到實際生產活動中。