第七章 開放式數(shù)控系統(tǒng)

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,7.1,開放式數(shù)控系統(tǒng)概述,一、開放式數(shù)控系統(tǒng)的概念,IEEE,（,國際電氣電子工程師協(xié)會）是這樣定義開放式數(shù)控系統(tǒng)的：“符合系統(tǒng)規(guī)范的應(yīng)用系統(tǒng)可以運行在多個銷售商的不同平臺上，可以與其它系統(tǒng)的應(yīng)用進行互操作，并且具有一致風(fēng)格的用戶交互界面。”通俗地說，就是數(shù)控系統(tǒng)提供給用戶（機床或機械制造商）一個平臺，使他們能夠在這個平臺上，根據(jù)設(shè)備所需的特定功能，開發(fā)與之相應(yīng)的軟件和硬件，并與系統(tǒng)軟件集成為一個新的應(yīng)用系統(tǒng)，使該設(shè)備具有較高的性價比，并大大縮短開發(fā)周期。目前，世界上各控制系統(tǒng)制造商推出或正在研究的具有開放特點的數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品分為如下三種形式：,第一層次,是人機界面的開放。它只開放了非實時的人機界面部分，允許用戶自己設(shè)計控制系統(tǒng)的界面和編程語言。,第二層次,的開放是控制系統(tǒng)在明確固定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下允許替換內(nèi)核中的,特定模塊,以滿足用戶的特殊需要。例如，用戶可以替換控制系統(tǒng)核心的插補算法等。,第三層次,的開放是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)完全可變的“完全開放”的控制系統(tǒng)。,OSACA,追求的就是這種理想的控制器產(chǎn)品。在,OSACA,計劃中，,各種功能模塊,的地位是平等的，它們之間的拓?fù)潢P(guān)系是由系統(tǒng)內(nèi)部的配置系統(tǒng)確定的。功能模塊之間的信息傳遞是由系統(tǒng)內(nèi)部的通信機制保證的。,二、,開放式數(shù)控系統(tǒng)的特點,現(xiàn)在國際上公認(rèn)的開放式體系結(jié)構(gòu)應(yīng)具有四個特點：,相互操作性、可移植性、可縮放性、可互換性,。,1.,相互操作性（,Interoperability,）,相互操作性指不同應(yīng)用程序模塊通過標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用程序 接口運行于系統(tǒng)平臺上，相互之間保持平等的相互操作能力，協(xié)調(diào)工作。這一特性要求提供標(biāo)準(zhǔn)化的接口、通訊和交互模型。,隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展，,CNC,也正朝著信息集成的方向發(fā)展。,CNC,系統(tǒng)不但應(yīng)能和不同系統(tǒng)彼此互連，實施正確有效的信息互通，同時應(yīng)在信息互通的基礎(chǔ)上，能信息互用，完成應(yīng)用處理的協(xié)同工作，因此要求不同的應(yīng)用模塊能相互操作，協(xié)調(diào)工作。,2.,可移植性（,Portability,）,可移植性指不同的應(yīng)用程序模塊可以運行于不同供應(yīng)商提供的不同的系統(tǒng)平臺之上。,可移植性應(yīng)用于,CNC,系統(tǒng)，其目的是為了解決軟件公用問題。要使系統(tǒng)提供可移植特性，基本要求是設(shè)備無關(guān)性，即通過統(tǒng)一的應(yīng)用程序接口，完成對設(shè)備的控制；要求各部件具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式、行為模型、通訊方式和交互機制。具備可移植特性的系統(tǒng)，可使用戶具有更大的軟件選擇余地，通過選購適應(yīng)多種系統(tǒng)的軟件，費用可以顯著降低。同時在應(yīng)用軟件的開發(fā)過程中，重復(fù)投入費用也可降低。可移植性也包括對用戶的適應(yīng)性，要求,CNC,系統(tǒng)具有統(tǒng)一風(fēng)格的交互界面，使用戶適應(yīng)一種控制器的操作，即可適應(yīng)一類控制器的操作，而無需對該控制器的使用重新進行費時費力的培訓(xùn)。,3.,可縮放性（,Scalability,）,可縮放性指增添和減少系統(tǒng)的功能僅僅表現(xiàn)為特定模塊單元的裝載與卸載。不是所有的場合都需要,CNC,系統(tǒng)具備復(fù)雜且完善的數(shù)控功能，在這種情況下，廠家沒有必要購買不適于加工產(chǎn)品的復(fù)雜數(shù)控系統(tǒng)。因為可縮放性使得,CNC,系統(tǒng)的功能和規(guī)模變得極其靈活，既可以增加配件或軟件以構(gòu)成功能更加強大的系統(tǒng)，也可以裁減其功能來適應(yīng)簡單加工場合。同時，同一軟件既可以在該系統(tǒng)的低檔硬件配置上運行，也可以在該系統(tǒng)的高檔硬件配置上應(yīng)用?？煽s放性使得用戶可以靈活改變,CNC,系統(tǒng)的應(yīng)用場合，一臺控制器可以使用于多種類加工設(shè)備的控制上。,4.,相互替代性（,Interchangeability,）,相互替代性指不同性能和不同功能的單元可以相互替代。而不影響系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行。有了相互替代性，構(gòu)成開放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)就不受唯一供應(yīng)商所控制，也無需為此付出昂貴的版權(quán)使用費。相反，只需支付合理的或較少的費用，即可獲得系統(tǒng)的各組成部件，并且可以有多個來源。,三、開放式數(shù)控系統(tǒng)的模式,1.,PC,嵌入,NC,中,一些傳統(tǒng),CNC,系統(tǒng)的制造商，由于面臨控制系統(tǒng)“開放化”浪潮和,PC,技術(shù)迅猛發(fā)展的形勢，,把專用結(jié)構(gòu)的,CNC,部分和,PC,機結(jié)合在一起，將非實時控制部分改由,PC,機來承擔(dān)，實時控制部分仍使用多年積累的專用技術(shù)。,從而改善了數(shù)控系統(tǒng)的人機界面、圖形顯示、切削仿真、網(wǎng)絡(luò)通信、生產(chǎn)管理、編程和診斷等功能，并使系統(tǒng)具有較好的開放性,。,如,FANUC 150/160/180/210,系列就是一種典型的,PC,嵌入,NC,模式的,CNC,系統(tǒng)。,SIEMENS 840D,數(shù)控系統(tǒng)具有模塊化結(jié)構(gòu)和較好的開放性。,2.NC,嵌入,PC,中（運動控制卡加,PC,）,一些,以,PC,機為基礎(chǔ)的,CNC,制造商，主要生產(chǎn)、銷售各種高性能運動控制卡和運動控制軟件。由于這些產(chǎn)品的開放性很好，用戶可以自行開發(fā)，把它用來構(gòu)成自己的數(shù)控產(chǎn)品或使用在生產(chǎn)線上。其中有的制造商自己再進行應(yīng)用開發(fā)，把運動控制卡和,PC,機加上機床數(shù)控軟件，構(gòu)成數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品如美國,DELTA TAU,公司的,PMAC,是一種高性能運動控制卡，它以,Motorola 56000,系列,DSP,為,CPU,，,板上有存儲器、,I/O,接口和伺服接口。此卡本身就是一個,NC,系統(tǒng)，具有優(yōu)秀的伺服控制、插補計算和實時控制能力，可以單獨使用，也可以插入,PC,機中，構(gòu)成開放式控制系統(tǒng)。,3.,全軟件化,NC,計算機,CPU,速度的提高和基于,Windows NT/Linux,等的實時操作系統(tǒng)為高性能開放式全軟件化數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了條件。這種形式的數(shù)控系統(tǒng)以,PC,機為基礎(chǔ)，以實時操作系統(tǒng)為數(shù)控系統(tǒng)的實時內(nèi)核，在計算機操作系統(tǒng)環(huán)境下運行具有開放結(jié)構(gòu)的控制軟件。,軟件化,NC,所用的,I/O,接口和伺服接口通常不帶,CPU,它可以是數(shù)字、模擬或現(xiàn)場總線接口。由于,它實現(xiàn)了控制器的,PC,化和控制方案的軟件化,，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、開放性好，可靠性高等優(yōu)點，因而是當(dāng)今開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,;,由于開放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)本身具有很強的控制功能，再加上很好的開放性，因此可以構(gòu)成各類控制系統(tǒng)，少則,1,、,2,根軸，多則幾十根軸。用戶可以按標(biāo)準(zhǔn)隨意加入自己的技術(shù)和特定的功能，制作友好的人機界面。因此，它具有廣闊的應(yīng)用面，可用于數(shù)控機床、機器人、包裝、印刷機械、紡織機械、輕工機械、電子產(chǎn)品加工設(shè)備、自動生產(chǎn)線等領(lǐng)域。,