開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

　　由此可以看出開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)建于一個(gè)開(kāi)放的平臺(tái)上，具有模塊化結(jié)構(gòu)，允許用戶(hù)根據(jù)需要進(jìn)行選配與集成，迅速適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，與傳統(tǒng)的封閉式專(zhuān)用數(shù)控系統(tǒng)相比經(jīng)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　具有強(qiáng)大的適應(yīng)性和靈活配置能力，能適應(yīng)多種設(shè)備，靈活配置與集成;

　　控制軟件具有及時(shí)擴(kuò)展和聯(lián)接功能，可順應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展，加入各種新功能?？赏ㄟ^(guò)預(yù)留插入用戶(hù)專(zhuān)用軟件的接口的方式或提供用戶(hù)api和編程規(guī)范，供用戶(hù)編制自己的專(zhuān)用模塊的方式，簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)展;

　　能適應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的快速發(fā)展和更新?lián)Q代，能有效保護(hù)用戶(hù)原有投資;

　　操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。在pc機(jī)上經(jīng)簡(jiǎn)單編程即可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制，而不需要專(zhuān)門(mén)的數(shù)控軟件;

　　遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)規(guī)范，模塊之間具有兼容性、互換性和互操作性;

　　技術(shù)更新，功能更加強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)軌跡的控制，是傳統(tǒng)數(shù)控裝置的換代產(chǎn)品;

　　結(jié)構(gòu)形式模塊化，可以方便地相互組合，建立適用不同場(chǎng)合、不同功能需求的控制系統(tǒng)，可明顯縮短新產(chǎn)品的研制開(kāi)發(fā)周期，用戶(hù)可以根據(jù)自己需要開(kāi)發(fā)自己的功能模塊;

　　將pc機(jī)的信息處理能力和開(kāi)放式的特點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)控制器的運(yùn)動(dòng)軌跡控制能力有機(jī)地結(jié)合在一起，信息處理能力強(qiáng)、開(kāi)放程度高、運(yùn)動(dòng)軌跡控制準(zhǔn)確、通用性好。

基于pc的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)

　　基于pc的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的類(lèi)型

　　基于pc的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)能充分地利用計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，可使用通用的高級(jí)語(yǔ)言方便地編制程序，用戶(hù)可將標(biāo)準(zhǔn)化的外設(shè)、應(yīng)用軟件進(jìn)行靈活地組合和使用。使用計(jì)算機(jī)同時(shí)也便于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化?；趐c的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)大致可分為以下幾種類(lèi)型［1，2］。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　pc嵌入型nc

　　該類(lèi)型系統(tǒng)是將pc裝入到nc內(nèi)部，pc與nc之間用專(zhuān)用的總線連接。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸快，響應(yīng)迅速，同時(shí)，原型nc系統(tǒng)也可不加修改就得以利用。缺點(diǎn)是不能直接利用通用pc，開(kāi)放性受到限制，通用pc強(qiáng)大的功能和豐富的軟硬件資源不能得到有效的利用。這種數(shù)控系統(tǒng)盡管具有一定的開(kāi)放性，但由于它的nc部分仍然是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)還是不開(kāi)放的。

        nc嵌入pc型

　　該類(lèi)型系統(tǒng)是將nc卡（運(yùn)動(dòng)控制卡）插入通用pc的擴(kuò)展槽中組成的。它能夠充分地保證系統(tǒng)性能，軟件的通用性強(qiáng)，并且編程處理靈活。這是目前采用較多的一種結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)形式采用“pc+運(yùn)動(dòng)控制器”形式建造數(shù)控系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，其中以工業(yè)pc為主控計(jì)算機(jī)，組件采用商用標(biāo)準(zhǔn)化模塊，總線采用pc總線形式，同時(shí)以多軸運(yùn)動(dòng)控制器作為系統(tǒng)從機(jī)，進(jìn)而構(gòu)成主從分布式的結(jié)構(gòu)體系。

　　全軟件型nc

　　該類(lèi)型系統(tǒng)是指cnc的全部功能均由pc實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)裝在pc機(jī)上擴(kuò)展槽的伺服接口卡對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)等進(jìn)行控制。其軟件的通用性好，編程處理靈活。這種cnc裝置的主體是pc機(jī)，充分利用pc機(jī)不斷提高的計(jì)算速度、不斷擴(kuò)大的存儲(chǔ)量和性能不斷優(yōu)化的操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制中的運(yùn)動(dòng)軌跡控制和開(kāi)關(guān)量的邏輯控制。軟件化數(shù)控系統(tǒng)把運(yùn)動(dòng)控制器以應(yīng)用軟件的形式實(shí)現(xiàn)，除了支持?jǐn)?shù)控上層軟件的用戶(hù)定制外，其更深入的開(kāi)放性還體現(xiàn)在支持運(yùn)動(dòng)控制策略的用戶(hù)定制。同時(shí)，軟件數(shù)控系統(tǒng)更加向計(jì)算機(jī)技術(shù)靠攏，并力圖使數(shù)控技術(shù)成為先進(jìn)制造上層應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)代理。這種結(jié)構(gòu)形式的數(shù)控系統(tǒng)，其主要功能部件均表現(xiàn)為應(yīng)用軟件的形式，這是實(shí)現(xiàn)形式上的一種技術(shù)變革。

　　nc嵌入pc型開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的體系構(gòu)成

　　pc-nc開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其構(gòu)成如圖2所示。

　　圖1 pc-nc模式開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

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　　圖2 pc-nc模式開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的構(gòu)成

　　其硬件系統(tǒng)主要由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、驅(qū)動(dòng)及放大部件、交流伺服電機(jī)、位置檢測(cè)部件、接口控制電路等組成。其中，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為信息管理部分，運(yùn)動(dòng)控制卡為運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)與算法控制部分。軟件系統(tǒng)可采用在windows2000操作系統(tǒng)下，以visual basic或visual c++等為開(kāi)發(fā)工具采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒?，?duì)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的基本功能。

　　此模式中運(yùn)動(dòng)控制卡主要承擔(dān)實(shí)時(shí)性任務(wù)，如伺服控制、路徑規(guī)劃、可編程邏輯控制;工業(yè)控制計(jì)算機(jī)主要完成系統(tǒng)管理、數(shù)控編程、數(shù)控仿真、圖形插補(bǔ)和人機(jī)界面處理、網(wǎng)絡(luò)功能等非實(shí)時(shí)任務(wù)。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的控制內(nèi)核是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的核心，它通過(guò)調(diào)用對(duì)應(yīng)于運(yùn)動(dòng)控制卡中各種變量和功能的應(yīng)用程序接口與運(yùn)動(dòng)控制卡交換信息，并負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作。

數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)放性技術(shù)關(guān)鍵

　　在經(jīng)歷了引進(jìn)和消化吸收兩個(gè)發(fā)展階段后，我國(guó)在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域取得了突破性的進(jìn)展，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自行開(kāi)發(fā)具有自己軟硬件版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)放性研究工作也正在進(jìn)行。數(shù)控系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)開(kāi)放性結(jié)構(gòu)，主要解決以下幾個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題：

　　制定一個(gè)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的制造協(xié)議，在系統(tǒng)的應(yīng)用軟件、硬件和網(wǎng)絡(luò)功能方面形成一整套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，規(guī)范系統(tǒng)的軟硬件界面和通訊協(xié)議，使得控制器制造商和機(jī)床生產(chǎn)廠能在制造協(xié)議的導(dǎo)航下進(jìn)行有序的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)廣泛的合作。

　　實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，并提高其可靠性和實(shí)時(shí)性。通過(guò)對(duì)系統(tǒng) cpu

　　結(jié)構(gòu)模式、通訊方式、運(yùn)動(dòng)控制和輔助控制等方面進(jìn)行模塊化處理，按功能制作成功能模塊并實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，且各模塊單元之間可利用已定義的標(biāo)準(zhǔn)化接口進(jìn)行通訊。

　　構(gòu)造一種獨(dú)立于硬件系統(tǒng)的軟件平臺(tái)。目前，為減少數(shù)控系統(tǒng)軟件對(duì)于硬件的依賴(lài)性，從根本上無(wú)法實(shí)現(xiàn)軟件的開(kāi)放性，因此開(kāi)發(fā)出一種獨(dú)立的軟件平臺(tái)是十分必要的。針對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和多任務(wù)性，應(yīng)構(gòu)筑一種實(shí)時(shí)多任務(wù)軟件平臺(tái)，并使其基本功能模塊化典型化，使各個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度和相互獨(dú)立，這樣為不同硬件結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)提供軟件時(shí)，只需按其功能配置相應(yīng)的軟件模塊，實(shí)現(xiàn)軟件的獨(dú)立性和開(kāi)放性。由于每個(gè)功能模塊不會(huì)對(duì)其它功能模塊產(chǎn)生影響，因此，用戶(hù)可按需要編制新的功能模塊，添加到系統(tǒng)中，亦可取代系統(tǒng)中現(xiàn)有的功能模塊，使得系統(tǒng)具有良好的功能擴(kuò)展性。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　開(kāi)發(fā)出一個(gè)優(yōu)化系統(tǒng)軟件，把各種優(yōu)化技術(shù)集成在軟件包中。利用該軟件來(lái)優(yōu)化配置系統(tǒng)加工參數(shù)，使加工過(guò)程最優(yōu)化。分析比較多種智能模塊技術(shù)，選擇出一種重構(gòu)產(chǎn)品最優(yōu)控制模塊，完成系統(tǒng)的第二次開(kāi)發(fā)。

結(jié)語(yǔ)

　　開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，其給數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商、機(jī)床制造商以及用戶(hù)都帶來(lái)了很多好處。而基于pc的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)具有較強(qiáng)靈活性，可以充分利用pc機(jī)豐富的軟硬件資源和強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，有利于更完美地實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的用戶(hù)界面、圖形顯示、動(dòng)態(tài)仿真等功能。模塊化的程序設(shè)計(jì)使系統(tǒng)的通用性、擴(kuò)展性和可移植性大大增強(qiáng)，有利于系統(tǒng)的功能擴(kuò)展。