开放式网络化数控系统及关键技术

　　本文详细阐述了开放式网络化数控系统内涵及其国内外研究的现状．在此基础上，对开放式网络化数控系统研究及发展中的关键技术如TCP/IP协议的通信技术、WinSocket编程等方面进行了分析，并指出了网络制造已经成为当前制造业的发展趋势。

1 开放式网络化数控系统的发展现状

　　进入21世纪，在国家经贸委的支持下，国内的大型数控系统生产企业(如华中数控、航空数控等)均提出了开放式数控系统(Open Numerical Control，简称ONC)技术规范，制定了其系统技术标准，并在Linux系统平台上，开发了基本符合该技术规范的开放式数控系统验证样机，具有一定的可移植性、互操作性和相容性等开放性特征。其实，在1988年前后就出现了“开放式结构控制器(0pen Architecture Controller)”的概念，1989年～1990年，由美国国防部先后开始了“下一代工作站/机床控制器NGC”计划和OASYS项目(作为NGC计划的后续项目)。其后许多关于此项研究的计划在世界各地相继启动。其中影响较大的有OMAC开发计划(美国的Chryler、Ford和GM等公司在NGC计划的指导下联合提出)、OSEC计划(日本的三菱、丰田等14家企业联合提出)和OSACA计划(欧洲的德、法、意等国于1995年联合启动)等，这些工作已进入了工业试用阶段并逐步走上了联合垄断道路。上述研究计划的启动，使数控系统体系结构发生了革命性的变化，即从封闭转向开放，这种新型体系结构为数控系统网络化提供了条件，同时数控系统的网络化正是其开放性的有力体现。

　　当前，数控系统的网络化应用技术也随之发展起来，并被广泛应用于实际工业生产，其中欧洲CNC制造商在其产品中广泛应用一种适于高速伺服控制的网络接口协议SERCOS(Serial Real—timeCommunication System，于1995年成为IECl491国际标准)，这种标准以现场总线作为与数字驱动单元的接口，通常采用Profibus等现场总线作为与I／0逻辑控制单元的接口，所以把它称为现场总线网络(内部网络)；另外随着现代通信技术和IT业的进一步发展，世界上一些著名的数控系统公司都相继推出了具有网络集成能力和一定智能化水平的控制系统，如由日本大隈(Okuma)机床公司研制的“IT plaza”(信息技术广场，简称“IT广场”)、由日本Mazak(山崎)公司开发的“Cyber Production Center”(智能生产控制中心，简称CPC)、由GE Fanuc公司开发的“Open FactoryCNC”(开放工厂CNC)以及由Siemens公司研制的“Open Manu[acturing Environment”(开放制造环境)等，这些控制系统对设备的远程控制和无人化操作、远程加工程序(特别是大容量程序)传输、远程诊断和远程维修服务等技术服务都是通过网络实现的，在很大程度上提高了机床的生产率。

2 开放式网络化数控系统的技术内涵

　　开放式数控系统的本质是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向客户形成系列化，并可将用户的特殊应用集成到控制系统中，以实现不同产品、不同档次的开放式数控系统；而网络数控就是通过网络将制造单元和控制部件相连，或将制造过程所需资源(如加工程序、机床、工具、监测监控仪器等)共享，完成车间乃至企业内的制造设备的有机集成，支持IS0-OSI网络互联规范，不需要其他的接口部件或者上位机，通过标准网络设备实现联网功能。

　　开放式网络化数控系统与开放式数控系统并不是对立的，只是对开放式数控系统的进一步丰富。网络功能只是为了更多、更快和更准确地传递信息，具体讲，开放式网络化数控系统应该具有以下几种能力：功能模块可用于不同控制系统的可移植性；功能相似模块之间可互相替换，并可随技术进步更新软、硬件的可扩展性；有即插即用功能，根据需求变化，具有能方便有效地重新配置的可缩放性；使用标准I/O和网络功能，容易实现与其他自动化设备互连的互操作性。开放式网络化数控系统与传统数控系统的区别见表1。