術(shù)、完全開放的數(shù)控系統(tǒng)，闡述了此種數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)以及實現(xiàn)的方法。

 

　　近50年來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段6代的發(fā)展m.在發(fā)展到微處理器時代后，隨著計算技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，封閉、專用系統(tǒng)越來越暴露出其固有的問題。不同的操作系統(tǒng)、編程語言、人機界面、通訊接口等，給數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計者和集成者試圖在較短的時間內(nèi)，采用快速的方法，依據(jù)集成環(huán)境設(shè)計新的系統(tǒng)，或者將現(xiàn)有的系統(tǒng)集成到不同的環(huán)境中造成了極大的困難。為此，人們提出了標(biāo)準(zhǔn)化，即開放式的設(shè)計問題，以利于并行合作和快速的集成；其中影響較大的研究計劃有日本的OSEC、歐洲的OSACA、美國的OMAC.近幾年，國外部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)的設(shè)計已開始在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)其開放性，如德國Indramat公司的MTC200系統(tǒng)，美國VickersElectronicSystem公司的Acramatic 2100系統(tǒng)。目前國內(nèi)的研究主要集中在基于軟件芯片的開放式數(shù)控系統(tǒng)、基于Windows 95/NT下的開放式數(shù)控系碑和基于SERCOS現(xiàn)場總線技術(shù)的開放式數(shù)控系統(tǒng)m. 1數(shù)控系統(tǒng)的開放性研究開放式數(shù)控系統(tǒng)的主要目的是建立一個模塊化、可重構(gòu)、可擴(kuò)充的系統(tǒng)平臺，提高控制系統(tǒng)的互連性，增強數(shù)控系統(tǒng)的柔性和集成性。數(shù)控系統(tǒng)的開放性大致可分為3種方式，如所示。

 

　　1.1開放人機接口這種方式使得系統(tǒng)內(nèi)部、系統(tǒng)與外部設(shè)備之間、系統(tǒng)與通訊網(wǎng)絡(luò)之間，本系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間實現(xiàn)互通，并且可以在保持原有數(shù)控基礎(chǔ)上充分發(fā)揮各廠家專用芯片的特殊功效但是人機接口的開放只是為用戶提供了按自己需求靈活定制操作界面的途徑。

 

　　1.2開放控制內(nèi)核層接口這種方式能夠根據(jù)具體應(yīng)用情況確定系統(tǒng)部件的組成，并可按接口協(xié)議集成自己的控制軟件模塊。

 

　　它能夠充分發(fā)揮PC機的作用，利用它完成一些實時性不強或非周期性的任務(wù)，而強實時性的控制任務(wù)可由NC或PLC來完成。

 

　　1.3控制內(nèi)核層全開放這種方式是一種徹底的開放方案。它實際上是一種DNC結(jié)構(gòu)，即用光纜將數(shù)字伺服與基于PC機的NC裝置相連，組成一個可靠性高。實時性強、完整的CNC系統(tǒng)；它允許用戶按照開放結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范自行開發(fā)特殊應(yīng)用領(lǐng)域中的軟件模塊和硬件模塊，或者按需配置系統(tǒng)功能而不依賴于任何一個系統(tǒng)生產(chǎn)商和開發(fā)商。

 

　　2一種基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)作為一個真正完全開放的、高檔的數(shù)控系統(tǒng)，它在硬件結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡可能地簡化，系統(tǒng)功能盡可能地通過軟件來實現(xiàn)。作者開發(fā)的開放式數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如所示總線接口和數(shù)據(jù)交換協(xié)議，是目前用于數(shù)字伺服和傳動數(shù)據(jù)通信的**國際標(biāo)準(zhǔn)m.SERCOS采用光纜連接，構(gòu)成一個封閉的環(huán)路，根據(jù)伺服系統(tǒng)和PLC的不同地址，利用插在計算機中的SOFTSERCANS卡實現(xiàn)計算機與數(shù)字伺服系統(tǒng)之間的實時數(shù)據(jù)通信。實時數(shù)據(jù)通信主要完成PC與伺服之間命令值和實際值的數(shù)據(jù)交換，在本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)交換在2ms內(nèi)完成。

 

　　2.2軟件結(jié)構(gòu)由于系統(tǒng)硬件的簡化，整個開發(fā)過程主要是軟件的設(shè)計，軟件的開發(fā)和運行環(huán)境WindowsNT 2.2.1實時性控制高精度、高速度的數(shù)控系統(tǒng)對于實時性要求很高，一般都在1ms以下。但是在Windows95/NT平臺下，若要達(dá)到這么高的定時精度，很難通過多線程編程來滿足高檔數(shù)控系統(tǒng)的實時性，因此在本系統(tǒng)中選用了NT子系統(tǒng)它有自己的運行環(huán)境和應(yīng)用編程接口；它的線程管理具有*高優(yōu)先級，不需要響應(yīng)消息就可獨立實現(xiàn)系統(tǒng)的實時性控制。在本系統(tǒng)中利用RTX4.2開發(fā)應(yīng)用程序來實現(xiàn)循環(huán)數(shù)據(jù)和部分非循環(huán)數(shù)據(jù)的實時傳輸。

 

　　2.2.2PC與伺服的數(shù)據(jù)交換PC與伺服之間的數(shù)據(jù)交換是借助SOFTSERCANS卡來實現(xiàn)的。在軟件中分4步進(jìn)行，在每一步完成后均有狀態(tài)返回以決定下一步是否進(jìn)行：檢查光纜環(huán)是否封閉；確認(rèn)光纜環(huán)中的伺服驅(qū)動器，并將相應(yīng)的地址寫人系統(tǒng)參數(shù)中；讀/寫伺服驅(qū)動器中的系統(tǒng)參數(shù)，并確認(rèn)驅(qū)動器的狀態(tài)；數(shù)據(jù)交換，將命令值從命令值通道送人到伺服系統(tǒng)中，同時將實際值從實際值通道中送人PC中。

 

　　2.2.3軟PLC的開發(fā)軟PLC是基于PC開放式數(shù)控系統(tǒng)采用軟件實現(xiàn)控制的關(guān)鍵技術(shù)。由于機床邏輯與機床的運動相關(guān)，并且控制信號多數(shù)是開關(guān)量，在軟件設(shè)計中采用命令方式處理；如在NC程序中有M08指令或操作者開啟冷卻開關(guān)，則軟件調(diào)用相應(yīng)的子程序來處理，從而實現(xiàn)硬PLC的功能。

 

　　3結(jié)束語本系統(tǒng)已經(jīng)完成了整體設(shè)計的初步。由于SERCOS有3萬多個參數(shù)，在SERCOS參數(shù)設(shè)置方面現(xiàn)在的系統(tǒng)大多數(shù)都是使用默認(rèn)值，這對于開發(fā)高速、高精度的開放式數(shù)控系統(tǒng)還存在著很大差距，深人分析各個SERCOS參數(shù)的功能將是下一步的研究重點。