开放式数控系统的研究与应用_secret

1、开放式数控系统的研究与应用1、引言 数控技术正以前所未有的深度和广度深刻影响着现代制造技术，正在给制造业带来革命性的变化。随着数控技术的不断发展，传统数控系统的专用的、封闭式的体系结构，已不能适应当今制造业市场变化与竞争，也不能满足现代制造业向信息化、敏捷制造模式发展的需要。这就迫切需要开发具有自动化，智能化，柔性化，开放性、性能稳定、价格低廉的新型数控系统。当今，随着科学技术，产品结构，产品市场等方面的快速发展，数控系统应该具有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的就是体系结构的开放化，设计生产开放式的数控

2、系统，以解决当前复杂多变的市场需求与封闭式传统数控系统之间的矛盾。 2、数控系统的概述2-1开放式数控系统的内涵开放式数控系统是能在多个平台上工作，并能实现多个系统相互操作，从而为客户提供更多的便利。它具有模块化的结构，使系统各功能模块与来源于不同供应商的系统高度兼容，用户根据个人需求改善，扩展系统性能，以迅速满足各应用需求。2-2开放式数控系统的发展状况研究与开发通用、开放型数控系统，一直是国际数控技术发展的最新潮流。1989年美国政府资助的NGC作为数控系统开放式的标准提案备受瞩目，还有OMAC开发计划。与NGC计划同步进行的还有日本一项面对21世纪制造产业的长期研究IMS和OSEC计划也

3、付之于行动。面对国际市场的形成与制造业的发展趋向，中国也不甘示弱。近年来国内自有版权的开放性控制系统有四种：华中型、中华型、航天型和蓝天型。另外国内有很多企业，高校，所等单位利用具有嵌入式，和开放特性的伺服控制器。目前国内的控制系统还不具备开放性控制系统的本质特征，仍有许多需要改进之处。首先，各系统所采用的体系结构并不一致，仍是自成体系，相互之间缺乏兼容性和互换性，而且对体系结构的阐述都只限于具体实现层，没有提高到理论的、抽象的层次上来，因而各系统软硬件不具备可移植性和互操作性。其次，没有充分利用像Windows、UNIX、OS/2等新型操作系统。软件开发思想与技术落后，始终处于甚至低于结构化

4、程序设计的水平。总体上讲，我国制造业对开放式制造控制系统有着巨大的需求与动力我国制造业和制造业组织面临着调整、改造和优化的艰巨任务，因此存在着研究和发展包括开放性控制系统在内的新一代制造技术的巨大动力；面对激烈的市场竞争，要使我们的产品在国际上占有一席之地，必须尽快提高产品的技术含量和性能指标，并与国际接轨。数控系统，无论是其作为商品本身，还是作为商品的加工手段，都要求其是一个开放式控制系统。2-3开放式数控系统的主要结构形式目前国内外所开发的开放式数控系统主要有以下三种结构：专用的NC+PC型 即在传统非开放性数控系统安装上PC主板，能够让整个系统享受到计算机的软硬件资源。PC+NC类型 该

5、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。纯PC型 即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。目前该系统处于研究阶段，还未能形成产品，但它代表了数控系统的发展方向。2-4实例分析开放式数控系统的核心是开放性

6、的运动控制器，世界上功能最大的控制器就是美国的PMAC多轴控制器，可以同时操控1-8个轴，因此选定PMAC为分析对象。PMAC具有开放性的特点，在硬件结构上，其开放性体现在：与不同的硬件平台匹配，可以分别在不同的总线上运行。与各种伺服系统匹配，它可以控制各种类型的电动机：如直流电机（有刷，无刷，直线），交流电机，步进电机。与各种检测元件相匹配，诸如增量编码器，绝对编码器，旋转变压器，直线电压位移传感器等。与PC机间有各种通讯方式，与PC机间的数据交换可以直接进行，也可以通过相端口RAM(EPRAM)实现。在软件结构上，其开放性体现在：人机界面的对外开放，可以通过VC+,VB等高级编程调用动态链

7、接库，实现WINDOWS环境下的人机界面。数控功能的对外开放，在基本指令的基础上制定出G代码，M代码等数控功能。PLC功能的对外开放，PMAC包含了可编程控制器功能。控制系统定制的对外开放性，2-4-1应用于电火花线切割加工的分析：线切割机床有五轴驱动，分别是X、Y、Z、U、V，其中X、Y控制工作台面的运动，实现对工件的轮廓加工，U、V轴控制上下导嘴的运动，实现对工件轮廓锥度加工的切割，Z轴根据工件的厚度调整上线架的高度，做上下运行。线切割机床的硬件结构控制方案：工业控制机IPCPMAC运动控制卡DPRAMIO接口板输入输出控制信号伺服信号连接板 RS232由图可以看出，系统采用“PC+PMA

8、C运动控制卡的上下位机结构形式上，上位机采用工业控制机IPC，下位机采用PMAC运动控制卡，系统控制器PMAC与IPC的通信主要是通过RS232串口来实现的，PC机负责完成数控系统的配置和人际交互功能，可充分利用PCjihu现有的软硬件资源，并可继承网络和多媒体功能。线切割机床的软件控制方案： 线切割机床控制系统的软件结构实时控制模块人机交互模块通讯模块软件开发的主要任务在于实现工业控机。PMAC,伺服系统，机床电器两侧相互之间实时可靠的通讯，并加入用户自己的功能模块。下切割控制系统的软件结构有三大模块，如上图所示。启动CNC应用程序后，进入系统主界面前需要对PMAC进行初始化，使整个数控系统上电，最进行刷新，检查是否有错误出现。另外PMAC的PLC程序的编写，要存放在PMAC的PLC程序缓冲区内，在编写一个PLC程序之前，必须先关上原来的缓冲区，再打开新的缓冲区。结语 开放式数控系统是数控技术发展的必然趋势，其给数控系统生产商、