基于PC的開放式數控系統研究

摘 要：本文首先對開放式數控系統目前的應用現狀及其開放式數控系統的現狀和其特征和意義進行了闡述，并在此基礎上列舉PC數控系統結構與開放式可編程運動控制器構成的數控系統以及全軟件式數控系統等進行了介紹，最后分析了開放式數控系統的發展現狀及未來趨勢。

關鍵詞：計算機數控系統（CNC）；開放式數控系統；系統結構；運動控制；接口；軟件化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.141

計算機數控系統是當今先進制造技術的重要組成部分。然而，市面上用于生產加工的數控機床系統的軟硬件設置大部分是為某一領域單獨設置的系統，在其他領域中是不能使用的，各個系統間的軟件信息交流和編寫方式也不盡相同，這就造就了各個數控系統生產廠家控制系統的獨立自主、互不相容。隨著機床先進控制系統和高度發展的制造業，各個行業之間加深了相互交流溝通，現有的數控控制系統則顯得相對單一，不能滿足現有的社會需求。在當今制造業競爭日益激烈的今天，數控系統已經向信息化和快捷制造的方向發展。目前，由于中國工業化進程加快，數控系統正發生翻天覆地的變化，已由傳統的單一、互不相容向開放合同用方向發展。

1 開放式CNC系統

目前，開放式CNC系統的研究取得一系列可喜的成果，由于科技的不斷創新與進步，數控系統的應用已不單單局限于生產制造業，很多行業都有所涉獵，處在遍地開花的可喜形式中。盡管開放式數控系同種類繁多，但行內對于開放式CNC系統有自己的定義方式，一般滿足以下特點即可判定為開放式CNC系統：

（1）可互操作性：各種功能模塊通過接口技術和通訊技術及性相互交流，在搭建的人機操作平臺上能夠以通用接口形式進行通訊并獲得平等的操作權利。（2）可移植性：CNC系統的設備與功能軟件是相互獨立的，沒有必然聯系，也就是說系統的功能如主軸的控制，刀具的進給速度都是用通用編程語言編寫的，適用于不同廠家生產的機床上，并通過通用接口技術進行再不能機床上運行。（3）靈活設置：可以靈活設置數控系統的功能和規模，使其易于修改，即可以添加更強大的硬件或軟件，又可以根據需求適當減少其功能，以適應低端用戶需求。（4）兼容性：構成CNC系統的硬件模塊區別于傳統數控技術，在兼容性上進行創新，不再單單為特定的企業定制，而是支持多單位多語言的編程控制并進行無縫切換，在此基礎上不影響整個系統的運轉。

1.1 基于PC的開放式數控系統體系結構

近幾年，隨著有中國工業支柱制成的制造業的迅猛發展，傳統的單一、互不相容的數控機床系統已經不能滿足制造業對產品的生產需求，越來越多的企業開始研發便于行業交流的通用式數控機床系統，開放式數控機床系統就應運而生了。開放式的數控系統打破了傳統的數控機床單獨設置的操作系統，而采用了互聯網通用的Windows操作系統。高度一致的語言編程和通訊方式及流暢的人機界面感受是開放式數控系統很快被制造業所接受。

醉著工業計算機激活素的不斷發展和制造業的不斷創新形勢下，數控系統已經變得越來越穩定，同時制造原下料價格的會斷也導致了配備開放式CNC系統的機床采購價格大為降低。其優越的操作性能和低廉的價格已經使其在數控機床系統中占據主流位置。

1.2 基于PC機與可編程控制器相融合的CNC系統

與工業PLC控制系統相類似，這種控制系統通過單獨的運動控制器編寫相關程序用以對機床運動以及邏輯的控制，運動控制器常常采用工業計算機插槽插件得以實現。數控的編輯模塊以工業計算機為依托，軟件采用WINDOWS操作系統，并在功能上進行擴展、兼容。該系統充分發揮了軟件的兼容性以及運動控制的實時性，這是當代數控的標志性配置。

1.3 全軟件譜寫式CNC系統

軟件譜寫式CNC系統，主要體現在機床運轉時的主軸控制以及機床的邏輯控制上采用了基于軟件編寫的運動控制模塊。他不但容納了數控程序的編寫以及和諧的人機界面控制還支持基于實時控制算法的體驗功能。與外界通訊主要采用工業總線模式，這種通訊模式與工業PLC通訊模式相類似，是目前的比較先進的操作模式。

2 基于PC的開放式數控系統

當前，針對開放式CNC系統研究總結出以下幾種形式：

第一種被稱為衍生模式，具體表現為依托工業計算機技術的NC+PC模式， 將控制機器硬件模塊前端接口應用PC技術。具體的操作方式是再創痛的操作系統中嵌入一個通用計算機模塊，是新的操作系統具備個人PC機的運算特點。這種系統的特點是沒有改變原操作系統，通過對部分編寫器部分進行插補、伺服控制以及幾口技術進行實時控制。

第二種被稱為嵌入模式，具體表現為依托工業計算機技術的NC控制卡+PC機。工業計算機作為系統核心技術，通過在工業計算的的拓展槽中嵌入NC控制卡以實現其完備的數控加工功能[4]。組成系統后一般由工業計算機處理線下任務，由插入的NC控制卡完成實時任務的處理。

第三種被稱為擴展模式，具體表現為依托工業計算機技術的CNC接口板+PC機。工業計算機作為系統核心技術，通過在不需要改造的工業計算的拓展槽中嵌入CNC接口板以實現其完備的數控加工功能。新的操作系統具備個人PC機的運算特點。這種系統的特點是即能完成接口前端的非實時任務又能通過對部分編寫器部分進行插補、伺服控制以及幾口技術進行實時控制。

3 Windows系列操作平臺

開放式CNC系統采用Windows操作系統和全新人機界面后，系統運轉流暢，人機界面和諧，操作簡單，兼容性得到大大提升。系統的兼容性決定了系統的適應性，軟硬件的升級使得系統運轉環境更為豐富；開放式系統引進了適應性極強的控制技術，可根據通訊編程需要自動調節相關參數，使系統時刻運轉在最佳狀態；采用Windows操作系統可以與網絡進行通訊，保證系統與互聯網可以實時通訊更新相關資源。

4 結論

開放式CNC系統取代傳統的封閉單一式數控系統已經成為必然。隨著科學技術的不斷進步開放式CNC系統在制造業的應用越來越普及。開放式CNC系統優點明顯，相同的編程代碼加深了各個領域智造信息的交流溝通。滿足了系統柔性制造技術的提出，為未來生產出高品質集成產品奠定了扎實的基礎。

參考文獻：

[1]游有鵬，董偉杰，張曉峰等.開放式數控系統-新一代NC的主流[J].航空制造術，1999（05）：35-49

[2]郭艷玲，趙萬生，董本志等.數控發展的趨勢[J].東北林業大學學報，2000（09）：148-150.

作者簡介：郭勝德，男，山東壽光人，研究生，研究方向：數控。

指導教師：蔡漢明