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1、数控教学论文数控技术论文：开放式数控系统结构技术分析摘要:数控技术的广泛使川，给机械制造业的生产方式、产品结构、产业结构带来了深刻 的变化。H前,我国数控系统存在诸多问题，而开放式数控系统能够冇利丁促进我国数控发展, 本文主要就开放式数控系统体系相关内容进行探讨。关键词:数控教学,开放式，体系结构，数控控制数控技术经过几丁年的发展口趋完善，己由报出的硬件数控(NC)经过计算机数控(CNC), 发展到以微世计算机为基础的数控(MNC)、肓接数控(DNC)和柔性制造系统(FMS)等,并朝着 更高的水平发展。但随着市场全球化的发展，市场竞争空前激烈，对制造商所生产的产品不但 要求价格低,质量好，而且
2、要求交货时间短，售示服务好，好要满足用户特殊的需要，即要求产品 具有个性化。而传统的数控系统是一种专用封闭式系统，它越来越不能满足市场发展的需要。 新的环境要求CNC进一步向开放式控制系统转化1,201、开放式数控系统体系采用专用计算机纟fl成的数控系统，在选用高性能的微处理器构成分布式处理结构时，可 以获得很高的性能，如多轴联动高速、高精度控制，很强的补偿功能、图形功能、故障论断功 能以及通信功能。但是由于大批量生产和保密的需要，不同的数控系统生产厂家白行设计其 硬件和软件，这样设计出来的封闭式专用系统具有不同的软硬件模块、不同的编程语言、五 花八门的人机界血、多种实时操作系统、非标准化接口
3、等缺陷。从而导致,一方面，备控制系 统之间互联能力弟，影响了系统的相互集成;风格不一的操作方式以及专用件的大量使用，给 用户的使用与维护带了很多不便;另一方而，系统的封闭性阻碍了计算机技术的及时应甩不 利于数控产品技术的进步。显然，数控系统的这一现状已不能适应当今制造业市场的变化和 竞争，也不能满足现代化制造业向信息化、敏捷制造模式发展的需求。1.1开放式分析对于一个开放式数控系统来说，也应遵循这些基木要求。一个开放的控制系统应具有完 全模块化的结构，模块之间具有互换性、可扩展性和可移植性，这是一个开放系统的基木特 征。开放式数控系统的日的就是使CNC控制器与当今的Pc机类似，系统构筑于一个开
4、放的 平台上，具冇模块化结构,允许川户根据需要进行选配和集成，更改或扩展系统的功能,迅速适 丿、/：不同的应川需求，而且组成系统的备功能模块可以来源于不同的部件供丿2商，并且相互兼 容。与传统的封闭式专用数控系统相比，开放式数控系统的主要优势在于:建立一种新型的模 块化、可重构、可扩充的控制系统的结构,以增强数控系统的功能和性能柔性，在体系结构上 给用户留有进行二次开发更多的余地，能够快速而有效的响应新的加工需求1,2。1.2基于PC的开放式体系结构PC以其良好的开放性成为开放式控制系统的基础，数控系统PC化L1成为必然的趋势， 在开发数控系统时应最大限度利用丰富的PC软硬件资源，享受PC硬件
5、与软件发展的成果, 与PC发展同步。基于PC的开放式数控系统主要有3种:(1)PC嵌入NC型。该类型是把 PC嵌入到Nc内咅|(,PC与NC 2间用专用的总线连接,该系统可以利用原来CNC的丰富资 源,同时将PC作为控制器的前端接使其具有PC处理的柔性，但不能实现NC内核的开放。 (2)Nc嵌入PC型。以PC机作为系统的核心，把运动控制卡插入到PC机的扩展槽中完成数控系统的功能，软件的通用性好，一般PC机 处理各种非实时任务，运动控制卡处理实时任务。(3)软件型。CNC功能全部由应用软件来实 现，具有最好的开放性，但系统的实时性要求处理比较困难，系统开发难度大。(1) PC嵌入例的开放式数控系
6、统。I/O接口电路主要完成PC机与外部控制系统接口功 能，所设计的电路板要符合PC总线标准,满足扩展电路的尺寸要求。同时电路的输岀信号集 中于一插专，采用并行电缆线输出。由PC机经I/O接口电路输出的步进脉冲信号CP、方向 电平信号MC、复位信号RESET经光电耦合送至相序分配专用芯片，产生三相六拍的时序脉 冲和半流信号，又通过光电耦合和电压比较器纽成的整形电路整形得到标准的矩形波，送至 功放级放大,推动步迸电机运行。(2) NC嵌入PC型开放式数控系统。NC嵌入PC型开放式数控系统由Pc机和运动控 制卡构成，这种运动控制卡用高速DSP(数字信号处理器)或者其他性能比较好的芯片如英国 的ARM
7、作为CPU。用户只需在Windows平台下利用它开放的函数库就可以白行开发所需 的控制系统,这样构造的数控系统只需根据被控制的对彖要求，在Windows坏境下设计符合 用户操作的人机界面和功能，就可达到运动控制的目的。(3) 软件CNC。软t CNC可以理解为用PC的概念和手段实现CNC的功能。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川户定制外，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。2、基于
8、PC的开放式数控系统的体系结构开放式体系结构数控系统的参考模型是一个分层结构，同时也是模块化的，每一层都是 -个模块。最低层的是数控机床系统的硬件平台，它包括机床木身,X,Y,Z,C轴驱动器、各种 继电器、伺服电机等。再上一层是控制器硬件平台,它是一个计算机系统，一般采川通川的Pc 机硬件结构，还M提供与枫床底层的接口,如数字I/O、可编穆控制器(PLC)、运动控制卡等。 这两层是硬件层。软件的战低层是操作系统，采用Windows 2003o这些操作系统提供良好的图形用户接 口(GUI)、应用程序接口(API)库、多任务机制。再上一层是CNC应用软件,CNC软件的内 部结构也是模块化的。它的核
9、心是模块化，由它来负责整个系统的谐调、高效运作。方便的 用户人机界而，代码处理模块对NC程序进行解帑和预处理，产生相皿的数据结构交给插补运 算模块或过程、逻笹控制模块执行，结果通过设备驱动程序(WDM)操作相应的硬件。过程逻 辑控制主要处理过程控制、备种开关量、机床状态等。设备管理等进行检测、监控。外部接 L模块提供CAD/CAM接II、MIS系统接口、专家系统接L、数据库系统接L等。它应提 供两种形式的连接:一是网络，通过*户机/服务器(CIS)的形式弓远程的CAD/CAM系统、MIS 系统等交换数据;二是和木地机上的其他应用程序间交换数据。接口功能将有利于CNC系统 和其它系统的连接和集成
10、。这个参考模型充分体现了开放性原则,由于分层次、模块化的结构，齐个层次问采用标准 接口，从而使每一模块祁能实现互换，可以由不同的厂商来生产，组合起来就是个高性能性 价比的系统M于PC机的开放性，使控制器硬件和操作系统达到最大限度的互换。而且,CNC 系统提供的备种接口允许外部程序获得其所有内部信息。3、结语木文结合当今CNC系统发展的新进展，对CNC系统的体系结构特点进行了分析，讨论了 CNC系统体系结构开放化的基木概念和实行开放的途径，并在需求分析的基础上提出了开 放体系CNC系统的设计原则和概念模型最品对数控体系结构的设计做了比较全面的分析。参考文献：1 董靖川，王太剪，徐跃.基于数控流水线技术的开放式数控系统J.计算机集成制 造系统,2009, 15(6).2 尚雅层，雷兵丰开放数控系统模型的建立及实现J电了技术应用，2007, 33(3).
