微型計(jì)算機(jī)在數(shù)控系統(tǒng)中的發(fā)展及應(yīng)用

1、淺析微型計(jì)算機(jī)在數(shù)控系統(tǒng)中的發(fā)展及應(yīng)用 蘇曉彬，張程飛，莊柏松 ( 金陵科技學(xué)院，江蘇 南京 211169)摘 要：結(jié)合當(dāng)代計(jì)算機(jī)在數(shù)控系統(tǒng)中的發(fā)展，針對(duì)多閉式、專(zhuān)用數(shù)控系統(tǒng)所帶來(lái)的問(wèn)題，提出了基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一種開(kāi)放型、以PC+NC（通用計(jì)算機(jī)+數(shù)字控制技術(shù)）為結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，這種系統(tǒng)對(duì)微型計(jì)算機(jī)提出了4種要求并進(jìn)行改造。同時(shí)為了滿足人們對(duì)數(shù)控產(chǎn)品需求，在數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)部開(kāi)發(fā)一種基于微型計(jì)算機(jī)和局域網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的通用化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化。關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng)；應(yīng)用；遠(yuǎn)程監(jiān)控； 近幾年，微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的高速發(fā)展，推動(dòng)了各行各業(yè)的發(fā)展。隨著微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，

2、達(dá)到了能在惡劣環(huán)境下工作的理念。而在數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和研制中，各部分的功能也發(fā)生了根本性的變化。特別是在數(shù)字化、信息化快速發(fā)展的今天，微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中起著巨大的作用。但結(jié)合微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展速度和應(yīng)用場(chǎng)合，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展還是滯后于微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，所以數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要積極跟上。基于這種思想，讓人們認(rèn)識(shí)到微型計(jì)算機(jī)在數(shù)控系統(tǒng)中的作用，以及怎樣充分利用微型計(jì)算機(jī)的功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)通用化和信息化。1 問(wèn)題的提出 進(jìn)入21世紀(jì)，隨著通用型微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和普及以及許多國(guó)家對(duì)嵌入式微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的大量投入，加快了其發(fā)展速度，從而使得這種設(shè)計(jì)理念在數(shù)控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，很好的解

3、決了數(shù)控系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)問(wèn)題。然而數(shù)控的推廣很重要，即如何將數(shù)控產(chǎn)品推向市場(chǎng)，為此必須將數(shù)控產(chǎn)品通用化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化。2 微型計(jì)算機(jī)在數(shù)控系統(tǒng)中的發(fā)展2.1 數(shù)控系統(tǒng)高的可靠性數(shù)控系統(tǒng)的可靠性是數(shù)控機(jī)床質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，常以平均無(wú)故障工作時(shí)間來(lái)衡量。隨著新一代數(shù)控的研制成功，其平均無(wú)故障工作時(shí)間已長(zhǎng)達(dá)十年以上。2.2 加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化和開(kāi)放性因?yàn)榛谖⑿陀?jì)算機(jī)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)已不斷適應(yīng)制造業(yè)的發(fā)展需要，硬件的體系結(jié)構(gòu)和功能模塊就應(yīng)該具有兼容性。比如許多硬件設(shè)施的模塊化，這樣便于購(gòu)買(mǎi)和安裝，為用戶提供一個(gè)良好的使用環(huán)境。2.3 網(wǎng)路數(shù)控的發(fā)展在數(shù)控系統(tǒng)上開(kāi)發(fā)多個(gè)通信接口和多級(jí)通信功能滿足進(jìn)線和聯(lián)網(wǎng)的不

4、同要求，使之不僅具有串行，DNC點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信技術(shù)1，還支持各種專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò)操作。2.4 數(shù)控系統(tǒng)的智能化 數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度和微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用是密切關(guān)聯(lián)的，而使數(shù)控系統(tǒng)的智能化要求已發(fā)展到如下幾個(gè)方面：（1） 利用自適應(yīng)數(shù)控技術(shù)，從加工中檢測(cè)必要的信息，半自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)，改善系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到最佳的運(yùn)行。（2） 建立工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)指導(dǎo)加工，并帶有邏輯控制的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（3） 各種伺服驅(qū)動(dòng)裝置的反饋控制，以及負(fù)載的自動(dòng)適應(yīng)過(guò)程。（4） 由微型計(jì)算機(jī)智能自動(dòng)化編程。 3 微型計(jì)算機(jī)在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用3.1 數(shù)控系統(tǒng)由專(zhuān)用數(shù)控到開(kāi)放型數(shù)控的轉(zhuǎn)型基于微型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的一種開(kāi)放型數(shù)控，基本上機(jī)構(gòu)

5、是PC+NC，這種方式是將通用微型計(jì)算機(jī)與數(shù)字控制平臺(tái)連接在一起構(gòu)成前后臺(tái)結(jié)構(gòu)，形成多機(jī)、多過(guò)程數(shù)控系統(tǒng)這樣可以充分利用微型計(jì)算機(jī)的軟件和硬件資源實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)由專(zhuān)用數(shù)控到開(kāi)放型數(shù)控的轉(zhuǎn)型。PC+NC體系結(jié)構(gòu)：將通用微型計(jì)算機(jī)嵌入到數(shù)控系統(tǒng)之中構(gòu)成的典型的前臺(tái)和后臺(tái)結(jié)構(gòu)，這里的PC是指不需要改造的通用微型計(jì)算機(jī)，NC就是數(shù)控技術(shù)（numerical control） ，硬件結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。 中央處理器鍵盤(pán)串并接口CRT網(wǎng)卡存儲(chǔ)器高速通信板單機(jī)CNC各類(lèi)擴(kuò)展槽 圖1 PC+NC硬件體系結(jié)構(gòu)這種典型的前后臺(tái)結(jié)構(gòu)就是在單機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，它是通過(guò)高速通信模板與微型計(jì)算機(jī)互聯(lián)構(gòu)成的。這里所應(yīng)用的是在

6、單機(jī)CNC中對(duì)微型計(jì)算機(jī)的通用化進(jìn)行改造，形成基于計(jì)算機(jī)的單機(jī)CNC系統(tǒng)。3.2 PC+NC系統(tǒng)對(duì)微型計(jì)算機(jī)性能的要求 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)充分遵循以下4個(gè)方面的要求并提出改造：（1） 實(shí)時(shí)運(yùn)行的適應(yīng)性要求 很多數(shù)控系統(tǒng)在MDOS環(huán)境下運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)“死機(jī)”情況，對(duì)于這種情況我們可以在DOS的基礎(chǔ)上增加實(shí)時(shí)、多任務(wù)操作系統(tǒng)，增加線程等等，或?qū)τ布M(jìn)行改造。（2） 可維護(hù)性的適應(yīng)性要求 由于通用微型計(jì)算機(jī)都是以臺(tái)式機(jī)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，極不適應(yīng)以箱體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng),還有各種模板的尺寸，規(guī)格不一,無(wú)法達(dá)到控制要求。所以要對(duì)其進(jìn)行機(jī)械特性 的改造，以提高可維護(hù)性。（3） 工業(yè)運(yùn)行環(huán)境的適應(yīng)性要求 采用通用計(jì)算機(jī)在工

7、業(yè)環(huán)境下運(yùn)行不可靠，而在數(shù)控系統(tǒng)中的環(huán)境更惡劣，所以在采用微型計(jì)算機(jī)的許多優(yōu)點(diǎn)的時(shí)候，同時(shí)也要提高微型計(jì)算機(jī)的可靠性、電磁兼容性、抗震性和耐高溫等性能。（4） 機(jī)電一體化要求 對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的人機(jī)界面和各種控制面板提出要求，以適應(yīng)機(jī)電一體化?？刂泼姘蹇梢赃x擇二種結(jié)構(gòu)，一是：水平式結(jié)構(gòu)，CRT和鍵盤(pán)在水平方向排列。二是：垂直式結(jié)構(gòu)，CRT和鍵盤(pán)在垂直方向排列。這結(jié)構(gòu)之間應(yīng)具有兼容性。3.3 利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得數(shù)控系統(tǒng)的信息化和網(wǎng)絡(luò)化 隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。數(shù)控系統(tǒng)與系統(tǒng)外的監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和無(wú)人化操作、遠(yuǎn)程加工程序傳

8、輸、遠(yuǎn)程診斷和維修服務(wù)2等等，這可以大大提高生產(chǎn)效率和設(shè)備的利用率。 針對(duì)這種情況，開(kāi)發(fā)一種基于微型計(jì)算機(jī)和局域網(wǎng)的數(shù)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，這樣就可以使用簡(jiǎn)單的普通的微型計(jì)算機(jī)、網(wǎng)卡、雙絞線、集線器，及實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)控系統(tǒng)的加工狀態(tài)、遠(yuǎn)程控制數(shù)控機(jī)床暫停、恢復(fù)加工和改變加工速率等等功能。（1） 系統(tǒng)的外圍網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)由一臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)、若干臺(tái)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)硬件和遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件組成，由于監(jiān)控對(duì)象是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)正在加工的數(shù)控機(jī)床，我們要設(shè)計(jì)一個(gè)通過(guò)廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)，并采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和“CS”運(yùn)行模式，使用TCPIP協(xié)議。系統(tǒng)如圖2所示。圖2 系統(tǒng)外圍網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（2）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn) 遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件包括監(jiān)控端（監(jiān)控計(jì)算機(jī)）軟件和受控端（數(shù)控機(jī)床）軟件。監(jiān)控端軟件的功能是：連接到網(wǎng)內(nèi)任意一臺(tái)受控機(jī)床，接受受控端得到的實(shí)時(shí)加工狀態(tài)和加工信息，以及向受控端發(fā)出控制命令。受控端的軟件功能是：向監(jiān)控端傳輸實(shí)時(shí)狀態(tài)信息和執(zhí)行其他操作。下面是它們2種軟件的算法流程圖。最后通過(guò)程序語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。 監(jiān)控端流程圖 受控端流程圖 圖3 遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件流程圖四. 結(jié)束語(yǔ) 為促進(jìn)我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步提高