淺談基于PC的開放式數控系統

王信 伍倪燕

摘 要：面對經濟全球化、市場國際化、制造區域化、加工精益化的發展大趨勢，開放式數控系統的出現能較好的在技術生產、市場銷售、生產組織、現場管理和結構管理等多方面為不同的機械制造企業在各種平臺上進行交互操縱，并能給用戶提供風格一致的交互方式，操作簡單實用、運用成效顯著。

關鍵詞：網絡控制；PC開放式；數控系統

隨著經濟全球化、市場國際化和加工技術同步化的發展大趨勢，制造業必須提升對市場應變能力的反應速度，制造系統將主要面對良好柔性、復合多功能型和加工批量的需求。因數開放式具有重構性、模塊化、通用性以及可擴展化的軟硬件，進而讓其可以比較經濟的、迅速的融入相關工作的加工需求；為此，生產廠商就系統集成的可能性作出了決斷，可以讓產品、技術進行系統集成，進而擴展與增強系統地功用。

1 開放式數控系統

數控系統的開放性概念是20世紀80年代末90年代初全球機床制造商為了讓機床制造業在技術生產中能夠適應結構管理、市場銷售、生產組織多樣化而提出來的。在各種不同的企業中使用開放式數控系統，都能在各種平臺運行的應用系統中進行實現，并能融入其他數控系統，在其他系統中進行交互操縱，而且擁有相同的用戶操作界面。因此，開放式系統是指能夠在多種不同的平臺上運行，可以和其他系統的應用相互操縱，并能給用戶提供風格一致的交互方式的數控系統。簡單的說，開放式的CNC系統就是在數控加工設備專用的CNC中融入PC具備的標準化、通用性和開放化等功能。開放式數控系統具有開放性的自身功能又具有開放性的接口，是一個模塊化的體系結構。總而言之，開放式CNC系統擁有可移植性、可互操縱性、可互換性和可擴展性等四個特征。所謂可移植性是指CNC系統中的控制機理、交互模型和應用的數據格式在應用中沒有變化就可以進行移植，也就是說在整個過程中設備與系統的功能軟件對其沒有影響，即系統中的所有模塊可以用于各個制造商的工作平臺。所謂可互操縱性是指不同地模塊在 標準化的交互機制、通訊以及接口中進行可互操縱。所謂可互換性是指模塊之間在不影響系統的協調運行的情況下進行的交互替換。所謂可擴展性是指CNC系統在不影響工作狀態下可以增加軟件或硬件構成功能更強的系統，也可以裁減其功能以適應低端應用。

2 基于開放式數控系統地種類

許多相關的研究人員對怎樣讓傳統專用型地封閉式系統變成開放式的數控系統提出了相關的可行性建議。根據開放式的不同層次，開放式數控系統平臺主要有PC嵌入NC、NC嵌入PC、純PC型等三種結構形式，開放效果受開放層的難度、開放層的層次影響，根據其變化而變化。

開放體系結構的解決方案是一種更徹底的、全方位的開放方案，實現了從軟件到硬件、從人機操縱界面到底層內核的全面開放。在開放體系結構的標準及一系列規范的指導下，用戶可以按需要配置成功能可繁可簡、性能可高可低、價格可控、不依靠單一賣方的總成系統。開放式數控系統三種開放途徑如圖1所示。

3 PC式開放的數控系統的架構

基礎構建開放式數控系統硬件平臺主要以PC機和運動控制卡為主，具有方便、快捷、高效的優勢。用戶或生產商只需要根據具體要求，合理選擇標準化、模塊化運動控制卡產品，選擇合理的執行單元模塊、PC機和運動控制卡，對硬件系統進行連接，就可以很快的完成開放式地數控系統地硬件平臺構建。

在NC嵌入PC型開放式數控系統結構中，程序的處理采用運動控制卡，運動控制具備數字處理功能。當PC執行弱實時或者非實時性任務時，比如在人機界面、輸入輸出、預備處理、發送指令等方面，都能夠進行再次開發設計；植入在運動控制卡上的DSP處理器不需要占用PC地固有資源，專注于補償處理、速度控制、位置控制、環境控制等實時性任務。同時，參照Windows2000操縱系統的結構，在編程語言方面采用VisualC++作為開發的工具。

基于PC的開放式數控系統靈活性較強，主要體現在具有較強的數據處理能力的運動控制卡上。采用“PC+運動控制卡”的開放式數控系統中，具備數據處理能力的運動控制卡基于PCI總線，利用高性能的DSP處理器，能夠有效完成實時性較強的任務，如能夠進行插補運算、位置控制、速度控制等。

此外，PC自身的軟件和硬件的相關資源還比較豐富，可以有效利用。其中網絡化、智能化、高性能的數控系統還有待開發，進而讓其更好的適應高自動化、高效率、高速度地控制要求，基于PC的開放式數控系統總體結構框圖如圖2所示。

參考文獻：

[1] 李曉雪.基于PC的開放式數控系統[M].裝備制造技術，2007.02.

[2] 梁新平.基于PC的開放式數控系統[J].內江科技，2008.08.

[3] 新一代NC的主流——開放式數控系統（上），機械工藝，中國鋼鐵百科，2010.

作者簡介：王信（1981-），男，學士，研究生學歷，助教，數控兼職教師，主要從事機械制造技術、機械制造裝備設計、機械設計基礎等課程的教學及車床改造、機電一體化等研究開發工作。