嵌入式網絡數控技術與系統研究

楚丹妮

摘 要：如今，嵌入式系統有效的應用于家電、汽車、通信等領域。而隨著計算機技術和信息技術的不斷發展，嵌入式系統將會在社會其他領域取得更為廣泛的應用。傳統電腦不能達到當今時代系統資源的需求，而且其操作系統也不能夠實時控制。而嵌入式網絡數控技術和系統不但運算能力強，而且成本低廉，具有很好的擴展性和開放性。本文先介紹了嵌入式網絡數控技術模型的特點，再從嵌入式新型網絡數控系統體系結構，以及嵌入式數控系統實現方案，具體分析嵌入式網絡數控技術和系統。

關鍵詞：嵌入式體系結構；數控技術；網絡技術控制

引言：數控技術的發展階段，從最初的分立元件系統到專用計算機系統，再到目前的通用計算機系統。分立元件系統中，實現數控運算是依靠許多的邏輯電路組合，而這樣的系統數控功能全是硬件系統所完成。而專用計算機系統是微處理器技術出現的結果，但它是專為數控設計，全世界只有幾家大型的企業才能夠開發專用計算機數控系統。直至目前依舊在廣泛使用的通用計算機系統雖然各方面都有極強的優勢，但卻并不能達到實時控制的需求。隨著信息網絡技術的迅速發展，數控技術開始逐步走向網絡化。嵌入式系統是一種“完全嵌入受控器件內部，為特定應用而設計的專用計算機系統”。嵌入式系統的中央處理器可以分為微控器、數字信號處理器以及微處理器。中央處理單元的執行速度快，而且簡單豐富，從而提高了嵌入式系統計算能力。嵌入式系統趨于網絡化，而且開發工具也逐漸的開始完善。由于嵌入式有著很多的優勢條件，被實時狀態監控、數字制造等工藝領域廣泛使用。

1.嵌入式系統模型的特點

1.1嵌入式系統模型

嵌入式系統可以稱為是包含在復雜非電子系統內部的專用電子系統，而這也算是嵌入式系統模型的意義。非電子系統可以擬成為嵌入式系統外部的環境，也叫做被嵌入系統。在一個大的系統之內，一般有許多個嵌入式系統。嵌入式系統可以和外界取得通信的連接。嵌入式系統能夠服務于被嵌入系統，當然也是響應于外界的輸入，也算是嵌入系統數據自身的響應。

在現代機電控制系統中，主要分為微控制器、傳感器、DSP、可重構邏輯、執行器以及中央處理器。它們都是由網絡加以控制，所以也稱為嵌入式網絡數控系統。網絡是一種廣義的詞語，也可以指介質互聯的結構，或者是NOC片內網絡。

1.2嵌入式系統可重構功能

嵌入式系統內的CPU單元多以精簡指令來計算。而相比較微處理機和專用芯片方法，人們需要一種新的方法和技術路線，讓其具有微處理機更好的可編程和柔性，以及專用芯片更可靠、速度更快的性能。

軟件控制著嵌入式系統的可重構功能。通過使用可重用的資源，重構計算平臺，可以適用于不一樣的應用需求。可重構最主要的意義是可重用資源，FPGA未出現時，可重構系統基本使用重組的方法，功能部件用重用資源。FPGA出現之后，重用資源利用配置文件的方法，就可以定義每一種線的連接和門的性質，變化硬件的原本功能。廣泛的說，這樣的功能有著硬軟件可重構性。而正是因為嵌入式系統能夠剪裁硬軟件，有著可重構的功能，才能夠實現網絡數控技術和系統的設計，也給網絡數控系統帶來了重用和開放的性能。

2. 嵌入式新型網絡數控系統體系結構

2.1嵌入式網絡數控硬件體系結構

在整個嵌入式網絡數控系統體系之中，總共有好幾個嵌入式的系統結構。數控操作與管理系統和顯示輸入裝置相互連接，可以實現人機交互的功能。而且數控操作管理系統能夠獲取和編譯加工代碼，檢查系統網絡的故障。網絡數控系統內的以太網絡，可以連接外部網絡，控制數控系統的調試和運行。而顯示和鍵盤輸入裝置比數控操作管理系統更能夠實現現場的交互，它還能夠輸入數據和操作的命令，顯示加工的狀態。

插補器和運動控制器能夠實現插補和間隙補償的運算，將速度控制的信息發送到嵌入式伺服控制器中。而嵌入式PLC能夠完善數控系統內的所有邏輯控制，完成PLC的主要功能。速度和位置伺服控制器可以綜合的調整加工軸的速度和位置。而系統除了可以使用NC客戶端來實現遠程監控之外，還可以利用Web瀏覽器。

系統的線路連接為，NC操作系統用EIA—RS—485線路連接運動控制器。運動控制器用EIA—RS—485線路和嵌入式PLC相聯。NC操作系統用以太網來連接TCP/IP協議、全球數字系統。無論是嵌入式還是網絡數控系統，都可以實現和工業電腦一樣的數控功能。網絡數控系統和技術，依靠網絡互聯，成為在線的控制執行單位，而數控遠程控制可以和NC客戶聯系。

2.2嵌入式網絡數控軟件體系結構

在嵌入式網絡數控軟件體系結構中，控制與運算軟件是指PLC程序、數控程序以及伺服運動控制軟件。而組態軟件模塊的設計主要是應用于特定的功能。通用性的設計約束開發和標準接口，例如插補計算、運動控制、加工代碼編譯模塊等。

輔助設計系統是為了研究和開發PLC單元、代碼、數控單元等。而對于PLC單元、數控單元，以及伺服控制單元，它們都有各自的輔助設計系統。其中，在數控軟件的開發系統內，主要分為自動生成軟件、下載軟件、數控系統定義三部分。

所謂的數控系統定義模塊，是利用數控描述語言來描述加工的環境、對象和實現的指標、功能。選擇組態軟件的版本和嵌入式控制模塊的型號。選擇嵌入式控制模塊的型號，因為硬件模塊固然一樣，但也會很多種類的型號。從這個意義上來說，選擇組態軟件版本，也因為每一個功能版本都有著不一樣的特定要求和功能結構。數控軟件的自動生成，是NCDL描述的數控系統，從而出現最佳匹配和組合的數控軟件。下載數控軟件，則是將生成數控軟件下到同樣的嵌入式數控系統內。

2.3 嵌入式新型網絡數控系統

這種基于信息資源的新型網絡式數控系統，其網絡包括多種通信網，從連接控制系統內部現場模塊的現場總線網，連接不同的控制系統的車間網，到企業網，互聯網，乃至個人通信網。資源信息包括分布在網上的所有計算，軟件，加工程序和存儲資源。個人通信網也是以網絡式數控系統的資源，這是因為個人通信的終端，如收集，PDA等移動設備，都可以作為網絡數控人際交互的終端。這種新型的網絡式數控系統不是一個將所有功能幾乎全部是現在單一計算機上的，相對封閉的控制系統，也不再是一般聯網的數控系統。新型網絡式數控系統給予網上所有可用信息資源而構建，并充分利用這些資源，實現信息資源共享，這個系統可以充分的利用各種信息資源和先進信息技術。

結束語：嵌入式系統具有高度的普適性特點，能夠運用到各類計算機系統中，能夠實現與其他軟件同時使用，具有很強的兼容性熱點，而且，嵌入式系統能夠實現對軟件和硬件的剪裁作用，可以配合其他軟件與硬件的設計，因此，數控軟件在結合嵌入式系統之后，就有良好的擴展能力，系統能夠時間對硬件運行的模擬，能夠對硬件運行環境進行模擬，從而能夠實現對計算機硬件的調節，從而確保計算機硬件能夠得到更好的開發和使用，而且嵌入式系統比較靈活，能夠實現對不同系統的控制，能夠被應用與不同的行業中。

參考文獻：

[1]于波.嵌入式網絡數控技術與系統[J].黑龍江科技信息，2013（26）：13.

[2]程穩.嵌入式網絡數控技術與系統[J].科技與企業，2013（14）：111-112.

[3]寇鵬德.嵌入式網絡數控技術與系統[J].科技資訊，2013（19）：9-10.

[4]周祖德，龍毅宏，劉泉.嵌入式網絡數控技術與系統[J].機械工程學報，2007（05）：1-7.