开放式数控系统的研究

　　开放式数控系统的优势

　　由此可以看出开放式数控系统构建于一个开放的平台上，具有模块化结构，允许用户根据需要进行选配与集成，迅速适应不同的应用需求，与传统的封闭式专用数控系统相比经，具有以下优点:

　　具有强大的适应性和灵活配置能力，能适应多种设备，灵活配置与集成;

　　控制软件具有及时扩展和联接功能，可顺应新技术的发展，加入各种新功能。可通过预留插入用户专用软件的接口的方式或提供用户API和编程规范，供用户编制自己的专用模块的方式，简便地实现系统的扩展;

　　能适应计算机技术和信息技术的快速发展和更新换代，能有效保护用户原有投资;

　　操作简单，维护方便。在PC机上经简单编程即可实现运动控制，而不需要专门的数控软件;

　　遵循统一的标准体系结构规范，模块之间具有兼容性、互换性和互操作性;

技术更新，功能更加强大，可以实现多种运动轨迹的控制，是传统数控装置的换代产品;

　　结构形式模块化，可以方便地相互组合，建立适用不同场合、不同功能需求的控制系统，可明显缩短新产品的研制开发周期，用户可以根据自己需要开发自己的功能模块;

　　将PC机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制器的运动轨迹控制能力有机地结合在一起，信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好。

　　基于PC的开放式数控系统

　　基于PC的开放式数控系统的类型

　　基于PC的开放式数控系统能充分地利用计算机的软硬件资源，可使用通用的高级语言方便地编制程序，用户可将标准化的外设、应用软件进行灵活地组合和使用。使用计算机同时也便于实现网络化。基于PC的开放式数控系统大致可分为以下几种类型[1，2]。

　　PC嵌入型NC

　　该类型系统是将PC装入到NC内部，PC与NC之间用专用的总线连接。系统数据传输快，响应迅速，同时，原型NC系统也可不加修改就得以利用。缺点是不能直接利用通用PC，开放性受到限制，通用PC强大的功能和丰富的软硬件资源不能得到有效的利用。这种数控系统尽管具有一定的开放性，但由于它的NC部分仍然是传统的数控系统，其体系结构还是不开放的。

　　NC嵌入PC型

　　该类型系统是将NC卡(运动控制卡)插入通用PC的扩展槽中组成的。它能够充分地保证系统性能，软件的通用性强，并且编程处理灵活。这是目前采用较多的一种结构形式，这种结构形式采用“PC+运动控制器”形式建造数控系统的硬件平台，其中以工业PC为主控计算机，组件采用商用标准化模块，总线采用PC总线形式，同时以多轴运动控制器作为系统从机，进而构成主从分布式的结构体系。

　　全软件型NC

　　该类型系统是指CNC的全部功能均由PC实现，并通过装在PC机上扩展槽的伺服接口卡对伺服驱动等进行控制。其软件的通用性好，编程处理灵活。这种CNC装置的主体是PC机，充分利用PC机不断提高的计算速度、不断扩大的存储量和性能不断优化的操作系统，实现机床控制中的运动轨迹控制和开关量的逻辑控制。软件化数控系统把运动控制器以应用软件的形式实现，除了支持数控上层软件的用户定制外，其更深入的开放性还体现在支持运动控制策略的用户定制。同时，软件数控系统更加向计算机技术靠拢，并力图使数控技术成为先进制造上层应用的标准的设备驱动代理。这种结构形式的数控系统，其主要功能部件均表现为应用软件的形式，这是实现形式上的一种技术变革。

　　NC嵌入PC型开放式数控系统的体系构成

　　PC-NC开放式数控系统的结构如图1所示。

图1 PC-NC模式开放式数控系统的结构

　　其构成如图2所示。

图2 PC-NC模式开放式数控系统的构成

　　其硬件系统主要由工业控制计算机、运动控制卡、驱动及放大部件、交流伺服电机、位置检测部件、接口控制电路等组成。其中，工业控制计算机为信息管理部分，运动控制卡为运动驱动与算法控制部分。软件系统可采用在Windows2000操作系统下，以Visual Basic或Visual C++等为开发工具采用面向对象的编程方法，对开放式数控系统软件进行开发，实现数控系统的基本功能。

　　此模式中运动控制卡主要承担实时性任务，如伺服控制、路径规划、可编程逻辑控制;工业控制计算机主要完成系统管理、数控编程、数控仿真、图形插补和人机界面处理、网络功能等非实时任务。工业控制计算机的控制内核是整个数控系统的核心，它通过调用对应于运动控制卡中各种变量和功能的应用程序接口与运动控制卡交换信息，并负责整个系统的协调工作。