开放式数控系统的现状与趋势

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1、数控与软件CNC&Software开放式数控系统的现状与趋势TrendsofOpenArchitectureCNCController张曙（同济大学现代制造技术研究所，上海200092）摘要：开放式数控系统是下一代数控系统的主要发展方向，国内外都正在进行研究和并在工业已经获得应用。文章阐述了开放式数控系统的现状与发展趋势。讨论了新一代数控系统的硬件和软件结构以及皮米插补技术。关键词：开放式控制器数控系统机床Keywords：OpenarchitecturecontrollerCNCMachineto

2、ol用户进入数控系统的内部接口，就可进一步按照加1开放式数控系统工过程的要求，修改、删除和添加控制系统的功能，提数控系统是数控技术的核心，数控机床的“大高机床（包括控制系统）的性能。通过外部接口，就可脑”。开放式数控系统从20世纪90年代初就引起人们的根据自己的特殊需要和经验，增加新的控制功能。毫无注意。初期的开放式系统结构仍然是面向特定装置、疑问，开放式控制系统是机床控制技术的发展方向，将硬件和软件的。对于现代数控机床的控制来说，需要一给数控系统供应商、机床制造商和最终用户都带来效种完全以微机为基

3、础的、和谐的、标准化的软件环境，益，如图2示。从而能够根据用户需要实现复杂的控制功能，在缩短加工时间的同时，提高加工质量和柔性，如图1所示。图1开放式数控系统从图1可见，开放式数控系统的结构是面向软件配置的，可以由用户自行定义接口和软件平台，不断将图2开放式控制系统的优点功能集成到控制系统中，构成网络化的制造环境。将2开放的标志和内涵控制系统硬件和软件完全分开，可以根据需要和技术的发展对相应硬件或软件分别升级。这一点对于机床数控系统的开放程度可从以下4个方面来加以评价。制造商和用户都是非常有利的。（

4、1）可移植性。系统的应用模块无需经过任何改变WMEM1期2007年2月84数控与软件CNC&Software就可以用于另一平台，仍然保持其原有性能。下运行，即SoftCNC，具有更大的灵活性。（2）可扩展性。不同应用模块可在同一平台上运3种不同方案的结构及其比较如图4示。行，相互不发生冲突。（3）可协同性。不同应用模块能够协同工作，并以确定方式交换数据。（4）规模可变。应用模块的功能和性能以及硬件的规模可按照需要调整。实践证明，控制系统的开放程度将涉及人机界面、控制核心和整个系统：（1）开放的人机界

5、面。“开放”仅限于控制系统的非实时部分，可对面向用户的程序作修改。（2）开放的控制核心（数控和可编程控制等）有限度开放。虽然控制核心的拓扑结构是固定的，但可以嵌入包括实时功能的用户专用过滤器。（3）开放的控制系统。控制核心的拓扑结构取决于过程，内部可相互交换、规模可变、可移植和可协同工作。图4不同开放式系统的特征当前，尽管众多的数控系统供应商宣称他们的产机床的新一代数控系统对实时性和可靠性要求很品是开放式数控系统，但系统的开放程度仍然有很大高，硬件和软件的接口性能具有重要意义。接口可分为差异。全开放

6、数控系统应该能够与上层和下层进行通外部接口和内部接口两种，如图5所示。信，如图3示。图5控制系统的外部和内部接口图3开放式控制系统的标志外部接口的作用是将控制系统与上层和下层装置以及用户连接，可以分为编程接口和通信接口。NC和PLC3开放式数控系统结构及其接口编程接口是标准化的，例如RS274、DIN66025。通常控制系统硬件和软件结构有3种不同方案：采用现场总线SERCOS，Profibus或DeviceNet，作为各种（1）方案1。基于传统的数控系统结构，系统的功装置和I/O的接口，采用以太网

7、和TCP/IP作为与上层能分别由专用的处理器承担，控制系统核心的位置控系统的接口。系统环境内部接口用于构成控制系统核心制器采用模拟驱动接口。的元器件之间的交互和数据交换。（2）方案2。将控制模块综合，减少处理器的数10多年来，各国都对开放式控制系统进行了卓有成目，采用集成化控制功能的数字驱动方案。效的研究和开发。例如，美国的“下一代控制器（3）方案3。以微机为基础，采用实时操作系统和（NGC）”研究计划提出了开放式结构标准规范单处理器，所有的控制功能作为软件任务在实时环境（SOSAS）以及三大汽车公

8、司提出了“开放的模块结构WMEM1期2007年2月85数控与软件CNC&Software控制器（OMAC）”计划；日本由18家机床制造商和系统面计算机地内部总线卡与数控系统操作面板和外部接口提供商共同参与的“控制器开放环境（OSEC）”协会，连接。人机界面计算机的CPU卡控制触摸式LCD显示屏致力于推动控制器开放化；德国发起、欧洲各国参与的以及计算机外设和网络通信，采用作为所有外设的I/O接“自动化开放控制系统结构（OSACA）”计划等。口。上海机床集团公司生产的曲轴