開放式數控系統綜述
下面是YJBYS為您收集整理的數控畢業論文，歡迎閱讀!
摘要：數控系統是數控技術的核心，數控機床的“大腦”。開放式數控系統從20世紀90年代初就引起人們的注意。初期的開放式系統結構仍然是面向特定裝置、硬件和軟件的。對于現代數控機床的控制來說，需要一種完全以微機為基礎的、和諧的、標準化的軟件環境，從而能夠根據用戶需要實現復雜的控制功能，在縮短加工時間的同時，提高加工質量和柔性，
用戶進人數控系統的內部接口，就可進一步按照加工過程的要求，修改、刪除和添加控制系統的功能，提高機床(包括控制系統)的性能。通過外部接口，就可根據自己的特殊需要和經驗，增加新的控制功能。毫無疑問，開放式控制系統是機床控制技術的發展方向，將給數控系統供應商、機床制造商和最終用戶都帶來效益。
關鍵字：數控系統;數控機床;開放式系統;控制系統
目錄
1. 傳統的數控系統存在的問題 .............................................. 1
2. 開放式數控系統所具有的主要特點................................... 2
3. 國內開放式數控系統的研究現狀 ...................................... 3
4. 結束語 .................................................................................. 5
5. 參考文獻 .............................................................................. 6
1、傳統的數控系統存在的問題
標準的軟件化、開放式控制器是真正的下一代控制器。傳統的數控系統采用專用計算機系統，軟硬件對用戶都是封閉的，主要存在以下問題：
(1)由于傳統數控系統的封閉性，各數控系統生產廠家的產品軟硬件不兼容，使得用戶投資安全性受到威脅，購買成本和產品生命周期內的使用成本高。同時專用控制器的軟硬件的主流技術遠遠地落后于PC的技術，系統無法“借用”日新月異的PC技術而升級。
(2)系統功能固定，不能充分反映機床制造廠的生產經驗，不具備某些機床或工藝特征需要的性能，用戶無法對系統進行重新定義和擴展，也很難滿足最終用戶的特殊要求。作為機床生產廠希望生產的數控機床有自己的特色以區別于競爭對手的產品，以利于在激烈的市場競爭中占有一席之地，而傳統的數控系統是做不到的。
(3)傳統數控系統缺乏統一有效和高速的通道與其他控制設備和網絡設備進行互連，信息被鎖在“黑匣子”中，每一臺設備都成為自動化的“孤島”，對企業的網絡化和信息化發展是一個障礙。
(4)傳統數控系統人機界面不靈活，系統的培訓和維護費用昂貴。許多廠家花巨資購買高檔數控設備，面對幾本甚至十幾本沉甸甸的技術資料不知從何下手。由于缺乏使用和維護知識，購買的設備不能充分發揮其作用。一旦出現故障，面對“黑匣子” 無從下手，維修費用十分昂貴。有的設備由于不能正確使用以致于長期處于癱瘓狀態，花巨資購買的設備非但不能發揮作用反而成了企業的沉重包袱。
在計算機技術飛速發展的今天，商業和辦公自動化的軟硬件系統開放性已經非常好，如果計算機的任何軟硬件出了故障，都可以很快從市場買到它并加以解決，而這在傳統封閉式數控系統中是作不到的。為克服傳統數控系統的缺點，數控系統正朝著開放式數控系統的方向發展。目前其主要形式是基于PC的NC，即在PC的總線上插上具有NC功能的運動控制卡完成實時性要求高的NC內核功能，或者利用NC與PC通訊改善PC的界面和其他功能。這種形式的開放式數控系統
在開放性、功能、購買和使用總成本以及人機界面等方面較傳統數控有很大的改善，但它還包含有專用硬件、擴展不方便。國內外現階段開發的開放式數控系統大都是這種結構形式的。這種PC化的NC還有專有化硬件，還不是嚴格意義上的開放式數控系統。
開放式數控系統是制造技術領域的革命性飛躍。其硬件、軟件和總線規范都是對外開放的，由于有充足的軟、硬件資源可被利用，系統軟硬件可隨著PC技術的發展而升級，不僅使數控系統制造商和用戶進行的系統集成得到有力的支持，而且針對用戶的二次開發也帶來方便，促進了數控系統多檔次、多品種的開發和廣泛應用，既可通過升檔或裁剪構成各種檔次的數控系統，又可通過擴展構成不同類型數控機床的數控系統，開發周期大大縮短。
2、開放式數控系統所具有的主要特點
2.1 軟件化數控系統內核擴展了數控系統的柔性和開放性，降低了系統成本。
隨著計算機性能的提高和實時操作系統的應用，軟件化NC內核將被廣泛接受。它使得數控系統具有更大的柔性和開放性，方便系統的重構和擴展，降低系統的成本。
數控系統的運動控制內核要求有很高的實時性(伺服更新和插補周期為幾十微秒～幾百微秒)，其實時性實現有兩種方法：硬件實時和軟件實時。在硬件實時實現上，早期DOS系統可直接對硬中斷進行編程來實現實時性，通常采用在PC上插NC I/O卡或運動控制卡。由于DOS是單任務操作系統，非圖形界面，因此在DOS下開發的數控系統功能有限，界面一般，網絡功能弱，有專有硬件，只能算是基于PC化的NC，不能算是真正的開放式數控系統，如華中I型，航天CASNUC901系列，四開SKY系列等;Windows系統推出后，由于其不是實時系統，要達到NC的實時性，只有采用多處理器，常見的方式是在PC 上插一塊基于DSP處理器的運動控制卡，NC內核實時功能由運動控制卡實現，稱為PC與NC的融合。這種方式給NC功能帶來了較大的開放性，通過Windows的GUI可實現很好的人機界面，但是運動控制卡仍屬于專有硬件，各廠家產品不兼容，增
加成本(1-2萬元)，且Windows系統工作不穩定，不適合于工業應用(WindowsNT工作較穩定)。目前大多宣稱為開放式的數控系統屬于這一類，如功能非常強大的MAZAK的Mazatrol Fusion 640，美國A2100，Advantage 600，華中HNC-2000數控系統等。
WindowsNT+RTX組合的應用較成功的有美國的OpenCNC和德國的PA公司(自己開發的實時內核)，這兩家公司均有產品推出，另外SIMENS公司的SINUMERIK® 840Di也是一種采用NT操作系統的單CPU的軟件化數控系統。Linux和RTLinux是源代碼開放的免費操作系統，發展迅猛，是我國力主發展的方向。
2.2 數控系統與驅動和數字I/O(PLC的I/O)連接的發展方向是現場總線
傳統數控系統驅動和PLC I/O與控制器是直接相連的，一個伺服電動機至少有11根線，當軸數和I/O點多時，布線相當多，出于可靠性考慮，線長有限(一般3-5米)，擴展不易，可靠性低，維護困難，特別是采用軟件化數控內核后，通常只有一個CPU，控制器一般在操作面板端，離控制箱(放置驅動器等)不能太遠，給工程實現帶來困難，所以一般PC數控系統多采用一體化機箱，但這又不為機床廠家和用戶接受。而現場總線用一根通訊線或光纖將所有的驅動和I/O級連起來，傳送各種信號，以實現對伺服驅動的智能化控制。這種方式連線少，可靠性高，擴展方便，易維護，易于實現重配置，是數控系統的發展方向。 現在，在數控系統中采用的現場總線標準有PROFIBUS(傳輸速率12Mbps)，如Siemens 802D等;光纖現場總線SERCOS(最高為16Mbps，但目前大多系統為4Mbps)，如Indramat System2000和北京機電院的CH-2010/S，北京和利時公司也研究了SERCOS接口的演示系統;CAN現場總線，如華中數控和南京四開的系統等，但目前基于SERCOS和PROFIBUS的數控系統都比較貴。而CAN總線傳輸速率慢，最大傳輸速率為1Mbps時，傳輸距離為40米。
3、國內開放式數控系統的研究現狀
我國經過“六五”、“七五”引進消化，“八五”自主開發，“九五”產業化、工程化，基本掌握了數控技術，基本形成了一支研究、開發、生產的隊伍，基本具備了數控系統產品的配套能力。并根據國內外相關技術的發展情況，調整到基
于PC的數控系統發展方向上來，形成了兩種平臺，開發出了四個基本系統，其中，華中I型和中華I型是將數控專用模板嵌入通用PC機構成的單機數控系統，而航天I型和蘭天I型是將PC嵌入到數控之中構成的多機數控系統，形成PC+NC的前后臺型結構。
目前國內比較有代表性的新型開放式數控系統研究主要有以下幾種:
1)基于軟件芯片的開放式數控系統
華中科技大學(原華中理工大學)提出了一種基于軟件芯片(Software武漢理工大學碩士學位論文
Integrated Chip，簡稱sic)的開放式數控系統的實現模式。在該模式中，通過對數控軟件的標準化與規范化研究，運用面向對象的機制，把數控系統的功能進行抽象并進行封裝，將數控軟件設計成具有穩定通用的接口、可以重用的SIC,每個sic完成數控系統的一個獨立模塊的功能，如插補功能由插補芯片完成、位置控制功能就由位置芯片完成。并且通過建立一個數控系統軟件芯片集成開發環境對SIC進行管理，用戶可以對SIC進行檢索、瀏覽和維護，還可以添加新的SICOS用戶在組裝數控系統或進行二次開發時，可以將芯片庫中檢索出的sic按照用戶所要求的功能進行集成，并可以加入用戶新開發的SIC一起組裝，這樣開發出的數控系統比以前節省較多時間，總體質量也有大幅提高。其局限性在于，數控軟件芯片的規范化和標準化設計很大程度上由芯片的劃分決定，它需要嚴格定義，使它們具有更強的邏輯性和更好的封裝性。另外，更重要的一點是，這種軟件芯片的使用只是簡單的程序源代碼的重用，這種移植只能是同一種編程語言下的移植，是一種極為有限條件下的移植。
2)基于現場總線技術的開放式數控系統
現場總線技術可以將大量的并行信號轉化為串行信號，利用雙線電纜或光纜可以在上百臺設備之間實時傳遞上千路的信號。當前現場總線接口和數據交換大多遵循SERCOg(serial real-time communication specification)協議，是目前用于數字伺服而后傳動數據通信的唯一國際標準。SERCOS構成一個封閉的環路，根據伺服系統和PLC的不同地址，利用插在計算機中的SOFTSERCANS卡實現計算機與數字伺服系統之間的實時數據通信，形成一種基于現場總線的開放式結構數控系統。但由于SERCOS有三萬多個參數，在SERCOS參數設置方面現在的系統大多
都是使用默認值，這對于開發高速、高精度的開放式數控系統還有很大差距。并且SERCOS總線技術較為昂貴，對于其普及應用也產生一定的不利影響。
4)國外開放式數控系統的研究現狀 (1)OMAC計劃
美國90年代提出NGC下一代控制器計劃，并撥款1億美元進行研究，其核心即是開放體系結構的研究。其首要目標是開發開放式系統體系結構標準規范SOSAC (Specification for an Open System Architecture Standard)用來管理I作站和機床控制器的設計和結構組織。SOSAC定義了NGC系統、子系統和模塊的功能以及相互間的關系，它提出了分級式控制結構，指出了功能性的分解; 定義了虛擬機實現系統模塊間的信息相互交換和相互操作;定義了NML(NeutralManufacturing Language)語言進行制造系統中的信息傳遞。該計劃己于1994年完成了NGC原型研究，并己轉入工業開發應用。例如美國Ford, GM和CResler等公司在NGC計劃的指導下，聯合提出了OMAC(Open Modular ArchitectureController)開發計劃，提出了系統基礎框架，信息庫管理、任務調度、人機接口、運動控制、傳感器接口等構造了控制系統功能體系結構。該計劃的目的是使系統制造廠、機床廠和最終用戶分別從縮短開發周期、降低開發費用、便于系統集成和二次開發、簡化系統使用和維護等方面受益。又如Cincinnati Milacron從1995年開始在其所生產的加工中心、銑床、車床及激光加工等設備中采用開放式體系結構的A2100系統(應用雙處理器組成，Windows NT操作系統的多任務、多過武漢理工大學碩士學位論文程、多功能的開放式系統)。還有DELTA TAU公司利用NGC和OMAC等協議，采用PC機+PMAC控制卡構成的PMAC開放式CNC系統，獲得了良好的應用效果。
4、結束語
采用開放式控制系統結構對數控系統的生產 廠家和用戶雙方都有好處。對于控制系統生產廠 家，他們可在共同的標準平臺上建立廣泛的合作， 實現協作式開發，大大縮短了系統的開發周期，降 低了成本，增強了產品競爭力;對于機床生產廠， 不僅可以根據需要配置最合適的控制系統，還可 將自己獨特的軟件集成到系統控制器，形成自己 的產品特色;最終用戶可以說是開放式控制系
統的最大受益者，他們可以最大限度地按照自己的 需要選擇產品，配備合適的功能部件，實現系統的 集成和擴展，同時，開放也使系統的操作、維護更 為方便。此外，控制器的結構開放性也為數控技術 能持續不斷地吸收日新月異的計算機硬軟件最新成果創造了條件，有利于數控產品自身的更新換代，提高性能，增強競爭力。這也正是開放式NC控制器之所以被各發達國家視為重要的戰略技術、紛紛投入研究的重要原因。
5、參考文獻
[1] 徐守祥.開放式數控系統 ---- 歐洲數控業的 發展策略.制 造技術與機床，1997(3)
[2] 游有鵬等.開放式數控系統 ---- 新一代 NC 的主流.航空 制造技術，1999(5)
【開放式數控系統綜述】相關文章：
如何撰寫綜述報告09-24
文獻綜述的摘要范文07-22
綜述論文范文12-03
開放式廚房封閉方案（通用12篇）08-26
開放式廚房封閉方案范文（精選5篇）12-02
開放式創新創業平臺宣傳語12-03
哲學家的富貴觀綜述論文09-01
評職稱要求的個人綜述報告（精選21篇）11-18
上海開放式基金傳真交易合同11-06
班主任工作總結綜述范文通用10-21