開放的CNC技術

逯野

傳統的CNC的封閉已經越來越不能滿足今天的客戶需求，開放架構是未來的發展趨勢。

一、傳統的CNC和機器人系統都是專用系統

對于傳統的CNC和機器人系統而言，有幾點特殊的需求使得其本身相較于通用的機器控制系統構成特殊性，首先：由于本身涉及軟件算法的復雜性，使得其控制器本身的開發必須較之其它機器需要更高的復雜算法設計與處理能力，其次，本身對于運動軸控制的響應速度的要求，使得其對通信總線較之其它行業更高。再者，為了畫面功能的設計和控制的執行，通常會使用控制器和基于Windows的顯示終端，而這些需求，對傳統意義的PLC、基于嵌入式系統設計的HMI、現場總線技術均無法滿足，這使得CNC和機器人的控制系統在硬件設計上就與通用的控制系統如PLC和IPC有較大的不同，因此，其屬于專用的處理系統。

二、在現有系統解決新需求所遇到的困難

生產本身在精度和速度方面提出了更高的需求，這僅僅是變化的一部分，更為重要的在于IT技術所帶來的革命性影響，這表現在以下幾個方面：

（一）設備與管理系統的集成

隨著CIMS、ERP技術等在汽車、電子與半導體、電梯、重工機械領域的應用，數控加工單元、機器人系統必須融入到生產中，而不能孤立的一個單元，訂單所生成的加工信息可以通過垂直的以太網下發到每個加工單元，并將生產及工藝、品管數據回饋以利于生產計劃與調度，這使得需要設備更為開放的集成如以太網技術、OPC-UA、ActiveX以及新的圖形接口技術，這些，提出了更為全新的需求：

（二）更為專業化的機器應用

工件的加工變得更為復雜和專業化，不同的領域所需的工件加工千變萬化，而且，為了提高效率必須將不同的加工集于一體，這樣才能實現更為高效的生產。

（三）更為個性化的客戶需求

設備的功能變得更為復雜，當客戶想在原有系統之外增加兩個液壓運動控制的時候，他們發現現在的系統無法處理，如果需要有一個機器人與這個折彎機配合的時候怎么辦？在現有的系統里，這只能靠幾個不同的系統通過物理的連接，而無法統一的總線來實現功能性對接，即便可以，也會是系統最為不可靠的地方。

三、開放的IT技術給控制帶來的便利

現代的PLC技術充分享用了IT技術的先進技術與理念，這包括了處理器技術、芯片技術、軟件組件技術（COM）、數字圖形處理技術、以太網技術、Internet技術，它帶給了現代控制哪些改變？

（一）加工能力的提高

由于新的處理器技術使得傳統的PLC也能勝任CNC和機器人算法的設計能力，如基于RTOS的貝加萊PCC技術，可以運行SoftCNC技術，能夠實現在100uS的任務等級，基于PC+RTOS的架構的使得同時可以處理多個CNC通道的高速同步，實時以太網技術如POWERLINK、SERCOSIII等使得高速的數據交換成為可能，這使得CNC軸之間的同步達到更高水平，這也使得加工的精度和速度得以大幅提升。

（二）生產效率的提升

生產效率的提升不僅表現在加工速度和精度，也表現在生產聯線的輔助加工，如刀具的自動更換與研磨、輸送通道的集成、液壓支撐或變位機的配合、機器人的搬運與輸送、加工位置變換等這些集成到生產主機系統中，并與生產訂單、物流系統的集成，使得整個生產效率大幅提升。

（三）運營與維護的成本

1.新的遠程診斷技術基于IT的VNC Server、Web Server以及數據與程序下載的FTP技術，都被集成到了現有的貝加萊系統中，這使得設備的遠程維護與診斷變得比以往更為容易。

2.早期維護技術，通過B&R的ConMon系統，當設備的關鍵部件安裝了振動檢測、溫度、電流等與設備故障相關的傳感器后，不同以往，設備的故障診斷可以在早期被發現，從而避免事后已造成損壞的更換，或者基于預防性維護對于設備使用價值的浪費。

（四）開發成本

如何提供更開放的功能封裝以滿足行業個性化開發需求？如何滿足集成的開發需求，以便在機器與機器之間形成架構內的集成而非簡單的物理連接與軟件的連接，使得功能在相互之間受到限制。

開放架構的解決在于：

1.基于模塊化和標準化的軟件，以及全新的軟件技術設計，更為開放的CNC功能塊、庫、PLCopen庫、C++庫可以被集成到系統中來。

2.仿真與建模，工藝的仿真如MATLAB/Simulink可以對控制器參數進行優化設計，但基于仿真又可以降低系統的測試成本，使得優化的控制器快速的實現原型設計，基于MATLAB/Simulink代碼自動生成的軟件功能可以直接運行于B&R X20 PCC及其它對象APC和Power Panel系列上。

3.三維、管理軟件集成，基于Open GL圖形接口、ActiveX、DCOM、.Net技術的接口也應該能夠被集成于系統而連接更為開放的應用，未來，甚至像Andriod、iPhone一樣的HMI設計軟件，使得機器的操作更為直觀和高效。

四、開放是未來的必然

開放是基于技術基礎，而非市場的宣傳，這是貝加萊的最大優勢，在Euroblech 2012上，來自TRUMPF和AMADA等廠商開始展示基于貝加萊開放架構的金屬加工站，例如Trumpf的TrueBend Cell 7000系列，將SCARA機器人、輸送、六自由度機器人、折彎機集成于一個體系下，僅需一個控制器即可控制多個機器的同步動作，尤其是在機器人與折彎的配合方面，完全內部的軟件功能關聯設計，多臺加工單元被視為一個整體，而非幾個不同的連接—這是關鍵與核心，只有這樣的系統才是最高效和最具柔性的，AMADA LaserBend也采用了來自貝加萊的系統，它將激光切割、折彎與自動刀庫融為一體，由一個控制器可以實現控制。

開放才是未來CNC技術的發展趨勢。