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1、第30卷第4期华中科技大学学报(自然科学版)Vol.30No.42002年4月J.HuazhongUniv.ofSci.&Tech.(NatureScienceEdition)Apr.2002基于现场总线的开放式数控系统体系结构研究谢经明周祖德陈幼平陈冰(华中科技大学国家数控系统工程技术研究中心)摘要:结合现场总线的特点和开放式系统的要求,提出了一种基于现场总线的开放式CNC系统的体系结构,并把该体系结构划分为应用层、功能层和设备层三个层次,对每一层的功能进行了系统的分析和描述.在实现方法上,采用基于COM/DCOM技术的OPC规范
2、的软件方法,实现了数控系统的软件模块的重用与扩充;采用Profibus现场总线实现了数控系统的硬件模块的互操作与互换,从而满足了数控系统开放性的要求.关键词:数控机床;现场总线;开放式系统;体系结构中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1671-4512(2002)04-0001-03根本上改变了现有DCS集中与分散相结合的集1现场总线与开放式CNC系统的散控制系统体系,简化了系统结构,提高了可靠特点性.现场总线作为工厂数字通信网络的基础,沟e.对现场环境的适应性.工作在现场设备前通了生产过程现场与控制设备之间及其与更高控端
3、,作为工厂网络底层的现场总线,是专为在现场制管理层次之间的联系.它不仅是一个底层网络,环境工作而设计的,它可支持双绞线、同轴电缆、[1]而且还是一种开放式新型全分布控制系统.现光缆、射频、红外线、电力线等,具有较强的抗干扰场总线在技术上有如下一些特点:能力,能采用两线制实现送电与通信,并可满足本a.系统的开放性.开放性是指对相关标准的质安全防爆要求等.一致、公开性,并强调对标准的共识与遵从.一个在现代制造企业中,由于机械加工工艺的多具有总线功能的现场总线控制系统必须是开放样性和加工零件的复杂性,使得数控机床的规格、的,开放系统把系统
4、集成的权利交给了用户.用户品种多样,性能差异极大,控制参数复杂,调试操[2,3]可把来自不同开放式CNC系统的特定供应商的作繁琐.因此在将不断飞速发展的通用计算产品按自己的需要组成大小随意的系统.机技术、网络技术、现代控制理论及电子技术应用b.互操作性与互用性.互操作性,是指实现于新一代数控机床时,要求新一代数控机床的控互连设备间、系统间的信息传送与沟通,可实行点制系统是一种开放式、模块化的体系结构,其特点对点,一点对多点的数字通信.而互用性则意味着如下:不同生产厂家的遵从同一规范的设备可进行互a.开放化.是指开放式数控系统采用具有
5、标换.准化接口的可互换的软组件和硬件集成到实际的c.现场设备的智能化与功能自治性.它将传标准控制环境中,对开发者和最终用户来说系统感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能下载集成一样容易.到现场设备中完成,仅靠现场设备即可完成自动b.模块化.数控系统的构成要素(包括机床控制的基本功能,也就是说现场设备具有单独完本体)应是模块化的,同时各模块之间的接口必须成某些功能的能力.是标准化的,最大限度地满足特殊的应用控制要d.系统结构的高度分散性.由于现场设备本求.身可完成自动控制的基本功能,使得现场总线能c.可重构.开放式系统的软件、硬件构
6、造应构成一种新的全分布式控制系统的体系结构.从是透明的、可移植的,当数控系统的功能要求发生收稿日期:2001-10-15.作者简介:谢经明(1965-),男,博士研究生;武汉,华中科技大学国家数控系统工程技术研究中心(430074).基金项目:国家自然科学基金资助项目(5991076861);武汉市科委重点科技攻关项目(20001010094).2华中科技大学学报(自然科学版)第30卷变化时,能方便而有效地进行再构造.同时,要求对数控系统的软件模块进行组件化设计,可使数其具有连续扩展和升级的能力.控系统模块化程度大大提高,易于实现数
7、控系统d.易维护.数控机床采用模块化结构,且均的软件模块间的复用与重构.遵循统一的国际标准与规范,具有通用性与互换最上层是应用层,负责提供人机界面,以及与性,支持最长机床在线时间和最短机床离线时间,CAD/CAM/CAPP系统等异构计算机环境的网络易于维护.接口.人机界面根据人机工程学的原理,对不同的数控系统操作界面实现可定制.网络接口使得网2开放式CNC系统的体系结构络制造以及远程监控、诊断和决策变得非常容易.在以上三个层次结构中,功能层是实现开放目前,占据国内外市场的大部分CNC系统都式数控系统的关键,它必须实现两个层次上的开是
8、专用的封闭式体系结构,虽然这些系统采用了放,即向下对设备层的开放和向上对应用层的开模块化结构,但是封闭的软硬件结构体系和所用放.对设备层的开放是指提供一个通用的接口访的不同的编程语言、多种操作系统、非标准软件接问外部控制设备,使功能层
