開放式數(shù)控系統(tǒng)的與應(yīng)用

開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用1、引言數(shù)控技術(shù)正以前所未有的深度和廣度深刻影響著現(xiàn)代制造技術(shù)，正在給制造業(yè)帶來革命性的變化。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的專用的、封閉式的體系結(jié)構(gòu)，已不能適應(yīng)當(dāng)今制造業(yè)市場變化與競爭，也不能滿足現(xiàn)代制造業(yè)向信息化、敏捷制造模式發(fā)展的需要。這就迫切需要開發(fā)具有自動化，智能化，柔性化，開放性、性能穩(wěn)定、價格低廉的新型數(shù)控系統(tǒng)。①當(dāng)今，隨著科學(xué)技術(shù)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品市場等方面的快速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)該具有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，為適應(yīng)數(shù)控進(jìn)線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個性化、多品種、小批量、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的要求，最重要的就是體系結(jié)構(gòu)的開放化，設(shè)計生產(chǎn)開放式的數(shù)控系統(tǒng)，以解決當(dāng)前復(fù)雜多變的市場需求與封閉式傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)之間的矛盾。2、數(shù)控系統(tǒng)的概述2-1開放式數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)涵開放式數(shù)控系統(tǒng)是能在多個平臺上工作，并能實現(xiàn)多個系統(tǒng)相互操作，從而為客戶提供更多的便利。它具有模塊化的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)各功能模塊與來源于不同供應(yīng)商的系統(tǒng)高度兼容，用戶根據(jù)個人需求改善，擴(kuò)展系統(tǒng)性能，以迅速滿足各應(yīng)用需求。2-2開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r研究與開發(fā)通用、開放型數(shù)控系統(tǒng)，一直是國際數(shù)控技術(shù)發(fā)展的最新潮流。1989年美國政府資助的NGC作為數(shù)控系統(tǒng)開放式的標(biāo)準(zhǔn)提案備受矚目，還有OMAC開發(fā)計劃。與NGC計劃同步進(jìn)行的還有日本一項面對21世紀(jì)制造產(chǎn)業(yè)的長期研究IMS和OSEC計劃也付之于行動。面對國際市場的形成與制造業(yè)的發(fā)展趨向，中國也不甘示弱。近年來國內(nèi)自有版權(quán)的開放性控制系統(tǒng)有四種：華中Ⅰ型、中華Ⅰ型、航天Ⅰ型和藍(lán)天Ⅰ型。另外國內(nèi)有很多企業(yè)，高校，所等單位利用具有嵌入式，和開放特性的伺服控制器。⑥目前國內(nèi)的控制系統(tǒng)還不具備開放性控制系統(tǒng)的本質(zhì)特征，仍有許多需要改進(jìn)之處。首先，各系統(tǒng)所采用的體系結(jié)構(gòu)并不一致，仍是自成體系，相互之間缺乏兼容性和互換性，而且對體系結(jié)構(gòu)的闡述都只限于具體實現(xiàn)層，沒有提高到理論的、抽象的層次上來，因而各系統(tǒng)軟硬件不具備可移植性和互操作性。其次，沒有充分利用像Windows、UNIX、OS/2等新型操作系統(tǒng)。軟件開發(fā)思想與技術(shù)落后，始終處于甚至低于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的水平。總體上講，我國制造業(yè)對開放式制造控制系統(tǒng)有著巨大的需求與動力我國制造業(yè)和制造業(yè)組織面臨著調(diào)整、改造和優(yōu)化的艱巨任務(wù)，因此存在著研究和發(fā)展包括開放性控制系統(tǒng)在內(nèi)的新一代制造技術(shù)的巨大動力；面對激烈的市場競爭，要使我們的產(chǎn)品在國際上占有一席之地，必須盡快提高產(chǎn)品的技術(shù)含量和性能指標(biāo)，并與國際接軌。數(shù)控系統(tǒng)，無論是其作為商品本身，還是作為商品的加工手段，都要求其是一個開放式控制系統(tǒng)。②2-3開放式數(shù)控系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)形式目前國內(nèi)外所開發(fā)的開放式數(shù)控系統(tǒng)主要有以下三種結(jié)構(gòu)：專用的NC+PC型即在傳統(tǒng)非開放性數(shù)控系統(tǒng)安裝上PC主板，能夠讓整個系統(tǒng)享受到計算機(jī)的軟硬件資源。PC+NC類型該類型系統(tǒng)是將NC卡(運(yùn)動控制卡)插入通用PC的擴(kuò)展槽中組成的。它能夠充分地保證系統(tǒng)性能，軟件的通用性強(qiáng)，并且編程處理靈活。這是目前采用較多的一種結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)形式采用“PC+運(yùn)動控制器”形式建造數(shù)控系統(tǒng)的硬件平臺，其中以工業(yè)PC為主控計算機(jī)，組件采用商用標(biāo)準(zhǔn)化模塊，總線采用PC總線形式，同時以多軸運(yùn)動控制器作為系統(tǒng)從機(jī)，進(jìn)而構(gòu)成主從分布式的結(jié)構(gòu)體系。純PC型即CNC的全部功能均由PC實現(xiàn)，并通過裝在PC機(jī)上擴(kuò)展槽的伺服接口卡對伺服驅(qū)動等進(jìn)行控制。其軟件的通用性好，編程處理靈活。目前該系統(tǒng)處于研究階段，還未能形成產(chǎn)品，但它代表了數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。2-4實例分析開放式數(shù)控系統(tǒng)的核心是開放性的運(yùn)動控制器，世界上功能最大的控制器就是美國的PMAC多軸控制器，可以同時操控1-8個軸，因此選定PMAC為分析對象。⑤PMAC具有開放性的特點(diǎn)，在硬件結(jié)構(gòu)上，其開放性體現(xiàn)在：與不同的硬件平臺匹配，可以分別在不同的總線上運(yùn)行。與各種伺服系統(tǒng)匹配，它可以控制各種類型的電動機(jī)：如直流電機(jī)（有刷，無刷，直線），交流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)。與各種檢測元件相匹配，諸如增量編碼器，絕對編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器，直線電壓位移傳感器等。與PC機(jī)間有各種通訊方式，與PC機(jī)間的數(shù)據(jù)交換可以直接進(jìn)行，也可以通過相端口RAM(EPRAM)實現(xiàn)。在軟件結(jié)構(gòu)上，其開放性體現(xiàn)在：人機(jī)界面的對外開放，可以通過VC++,VB等高級編程調(diào)用動態(tài)鏈接庫，實現(xiàn)WINDOWS環(huán)境下的人機(jī)界面。數(shù)控功能的對外開放，在基本指令的基礎(chǔ)上制定出G代碼，M代碼等數(shù)控功能。PLC功能的對外開放，PMAC包含了可編程控制器功能?？刂葡到y(tǒng)定制的對外開放性，2-4-1應(yīng)用于電火花線切割加工的分析：③線切割機(jī)床有五軸驅(qū)動，分別是X、Y、Z、U、V， 其中X、Y控制工作臺面的運(yùn)動，實現(xiàn)對工件的輪廓加工，U、V軸控制上下導(dǎo)嘴的運(yùn)動，實現(xiàn)對工件輪廓錐度加工的切割，Z軸根據(jù)工件的厚度調(diào)整上線架的高度，做上下運(yùn)行。線切割機(jī)床的硬件結(jié)構(gòu)控制方案：工業(yè)控制機(jī)IPC工業(yè)控制機(jī)IPCPMAC運(yùn)動控制卡DPRAMI\O接口板輸入輸出控制信號伺服信號連接板RS232由圖可以看出，系統(tǒng)采用“PC+PMAC運(yùn)動控制卡的上下位機(jī)結(jié)構(gòu)形式上，上位機(jī)采用工業(yè)控制機(jī)IPC，下位機(jī)采用PMAC運(yùn)動控制卡，系統(tǒng)控制器PMAC與IPC的通信主要是通過RS232串口來實現(xiàn)的，PC機(jī)負(fù)責(zé)完成數(shù)控系統(tǒng)的配置和人際交互功能，可充分利用PCjihu現(xiàn)有的軟硬件資源，并可繼承網(wǎng)絡(luò)和多媒體功能。線切割機(jī)床的軟件控制方案：線切割機(jī)床控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)實時控制模塊人機(jī)交互模塊通訊模塊線切割機(jī)床控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)實時控制模塊人機(jī)交互模塊通訊模塊軟件開發(fā)的主要任務(wù)在于實現(xiàn)工業(yè)控機(jī)。PMAC,伺服系統(tǒng)，機(jī)床電器兩側(cè)相互之間實時可靠的通訊，并加入用戶自己的功能模塊。下切割控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)有三大模塊，如上圖所示。啟動CNC應(yīng)用程序后，進(jìn)入系統(tǒng)主界面前需要對PMAC進(jìn)行初始化，使整個數(shù)控系統(tǒng)上電，最進(jìn)行刷新，檢查是否有錯誤出現(xiàn)。另外PMAC的PLC程序的編寫，要存放在PMAC的PLC程序緩沖區(qū)內(nèi)，在編寫一個PLC程序之前，必須先關(guān)上原來的緩沖區(qū)，再打開新的緩沖區(qū)④。結(jié)語

開放式數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，其給數(shù)控系