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技術(shù)文章
基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)
閱讀：221 發(fā)布時(shí)間：2022-7-3術(shù)、*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(shí)現(xiàn)的方法。
近50年來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段6代的發(fā)展m.在發(fā)展到微處理器時(shí)代后，隨著計(jì)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(jī)界面、通訊接口等，給數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者和集成者試圖在較短的時(shí)間內(nèi)，采用快速的方法，依據(jù)集成環(huán)境設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)已開始在一定范圍內(nèi)實(shí)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(gè)模塊化、可重構(gòu)、可擴(kuò)充的系統(tǒng)平臺(tái)，提高控制系統(tǒng)的互連性，增強(qiáng)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(jī)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(shí)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(jī)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(jī)的作用，利用它完成一些實(shí)時(shí)性不強(qiáng)或非周期性的任務(wù)，而強(qiáng)實(shí)時(shí)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*的開放方案。它實(shí)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(jī)的NC裝置相連，組成一個(gè)可靠性高。實(shí)時(shí)性強(qiáng)、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(gè)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(gè)真正*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(shí)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(dòng)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(gè)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(jì)算機(jī)中的SOFTSERCANS卡實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與數(shù)字伺服系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信主要完成PC與伺服之間命令值和實(shí)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(gè)開發(fā)過程主要是軟件的設(shè)計(jì)，軟件的開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境WindowsNT 2.2.1實(shí)時(shí)性控制高精度、高速度的數(shù)控系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)性要求很高，一般都在1ms以下。但是在Windows95/NT平臺(tái)下，若要達(dá)到這么高的定時(shí)精度，很難通過多線程編程來滿足高檔數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，因此在本系統(tǒng)中選用了NT子系統(tǒng)它有自己的運(yùn)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(jí)，不需要響應(yīng)消息就可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性控制。在本系統(tǒng)中利用RTX4.2開發(fā)應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)循環(huán)數(shù)據(jù)和部分非循環(huán)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)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(shí)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(dòng)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(dòng)器中的系統(tǒng)參數(shù)，并確認(rèn)驅(qū)動(dòng)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(shí)將實(shí)際值從實(shí)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(shí)現(xiàn)控制的關(guān)鍵技術(shù)。由于機(jī)床邏輯與機(jī)床的運(yùn)動(dòng)相關(guān)，并且控制信號(hào)多數(shù)是開關(guān)量，在軟件設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)的初步。由于SERCOS有3萬多個(gè)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(duì)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(gè)SERCOS參數(shù)的功能將是下一步的研究重點(diǎn)。