开放式全软件数控试验系统研究-开题报告

XX 工 学 院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名： 学 号： 专 业：机械设计制造及其自动化设计(论文)题目：开放式全软件数控试验系统研究设计指 导 教 师: 20XX年3月3日 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述文 献 综 述1 .1开放式数控系统简介：1.1.1开放式数控系统的概念 IEEE(美国电气电子工程师协会)关于开放式系统的定义是: 能够在多种平台上运行，可以和其他系统互操作，并能给用户提供一种统一风格的交互方式。通俗地说，开放式数控系统允许用户根据自己的需要进行选配和集成，更改或扩展系统的功能迅速适应不同的应用需求，而且，组成系统的各功能模块可以来源于不同的部件供应商并相互兼容。1.1.2开放式数控系统的特征 （1） 模块化 具有高举模块化的特征。采用分布式控制原则。采用系统、子系统和模块分级式的控制结构，其构造是可移植和透明的。 （2） 标准化 “开放”是在一定规范下的开放，并非毫无约束的开放。需要制定一个标准来约束各类机床控制器的研发。 （3） 可再次开发 应当允许用户进行第二次开发。根据需要可方便地实现重构、编辑，以便实现一个系统多种用途。 （4）平台无关性 开放时体系结构中各模块相互独立，系统厂、机床厂及最终用户都能够很容易地独立开发一系列专用功能和其他有个性的模块。为此要有方便的支持工具，控制程序设计按系统子系统¬模块三级进行，各模块接口协议要明确。 （5） 适应网络操作方式 作为开放式控制器应当考虑到迅速发展的网络技术及其在工业生产领域的应用。要具有一种较好的通信和接口协议，一边各相对独立的功能模块通过通信实现信息交换，满足实时控制需要。总之所谓开方式数控系统应是一个模块化、可重构、可扩充的软硬件控制系统。 目前数控系统的研究主要有三个方向：一种是嵌入结构、一种是嵌入的结构、还有就是基于的全软件化。随着技术水平和数控软件设计水平的提高全软件化结构正成为数控研究的热点。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告2 全软件化EMC2的结构体系 数控系统的各项功能，包括插补，位控和PLC，均由EMC2软件模块来实现。软件实现的灵活性有利于数控系统实现更高层次的开放性。数控系统中，硬件和软件在逻辑上是等价的，也就是说用硬件能实现的功能,用EMC2软件也可以实现。因此EMC2的数控系统和传统的数控系统具有相似的结构体系。它们的系统软件都包含两大部分一是管理软件，二是控制软件。管理软件主要完成零件加工程序的管理和输入输出、显示处理、人机交互、动态仿真以及参数设置 有的还包括故障诊断处理；控制软件主要完成编译处理、刀具补偿、速度处理、插补运算、位置控制、主轴控制和通信。结构如图所示。 数控系统的所有数控功能都由EMC2软件实现，EMC2完成运算后产生相应的控制量,这些控制量必须经过相关的输入输出接口发送到伺服系统中,实现对机床各个轴的控制,一般情况下这种输入输出接口要专门设计。从整个系统来说,EMC2的数控系统,实际上是一个机床系统。部分起到连接EMC2与机床的桥梁作用。其系统平台结构如图所示：管理软件操作系统控制软件 图EMC2数控系统的结构体系编译处理刀具补偿速度控制插位置控制主轴控制 编译处理刀具补偿速度控制插位置控制主轴控制 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 机床设备零件加工程序 应用软件 控制软件 操作系统 硬件 图2 EMC2数控系统的平台结构3 软件系统介绍3.1 EMC2软件介绍和功能分析 EMC2（增强机器控制）是一款用来控制机床（铣床、车床等）的计算机软件系统。一个完善的CNC系统软件，必须要完成全部的数控功能,同时必须要有良好的人机交互界面。根据模块化设计的方法,可以把整个软件按照不同的功能进行模块化组合，这就要求必须认真分析软件所要完成的功能。根据数控系统的要求,对EMC2软件进行以下分析：1) 模块化原则：写出具有清晰接口的简单模块。在EMC2中你会发现无论是G代码解释器、任务规划器、运动控制器，还是硬件抽象层（HAL），它们都是模块或模块的集合。模块化使你能把需要的功能集成起来构成一个系统，而不需要的部分则可以去掉。2) 简洁性原则：EMC2项目已经可以在很多机器系统上运行，但它仍然是一个正在进行的项目，它永远也不会停止。EMC2的成功归功于许多用户以及代码开发人员。由于遵守了简洁性编程的原则，人们才能够互相看到彼此的工作，并很容易的理解代码以及为其添加新的内容。3) 组合性原则：设计程序是为了和其它程序对接。他促使开发人员为模块提供可连接性，这样使用人员就可以从许多模块中只选择他们需要的模块来构成目标系统。EMC2的组合性是通过标准的接口以及符合该接口标准的模块实现的。4) 分离性原则：把策略从机制中分离出来，把接口从上分离出来,即从面向对象的角度说，就是把解决问题的方法和问题本身分离，也就是方法和数据分离；然后把接口从方法中分离出来。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告3.2 数控软件EMC2的特点：1.提供几种不同的用户界面供选择使用。2.G代码解释器（基于RS-274机床编程语言。3.带预处理功能的实时运动规划系统。4.可直接操作底层的机床电器如传感器、电机驱动器等。5.易于使用的“面包板层”（breadboard layer），使您像使用“面包板”做6.电路实验一样很容易的创建适合您机器的独有配置文件。7.可用梯形图编程操作的PLC软件（指Classic Ladder）。8.所有这些都集成到一张Live-CD上面，易于安装。3.3 数量软件EMC2搭载平台 Ubuntu为什么选择Ubuntu，有以下几个原因：1. 是因为它和EMC2的开源观点最为契合。2. 而且Ubuntu永远不会收费，也没有所谓的“企业版”费用。而我们也同样尽最大努力把最好的成果免费展示给每一个人。3. EMC2与Ubuntu配套已经3-5年了，Ubuntu一直积极提供技术支持和安全支持。4. Ubuntu尽最大努力致力于推广工作，做到了免费软件社区所能做到的一切，这些都使得越来越多的人使用Ubuntu。5.Ubuntu是遵守自由软件开发原则的典范，我们鼓励人们使用、提高、传承开源软件。4 研究任务 本课题EMC2为研究目标，具体分析软EMC2运行系统相关技术的实现，具体任务如下：（1） 了解Ubuntu系统，能够熟练地安装系统、掌握基本的操作确保EMC2能够正常运行。（2） 详细分析软EMC2系统设计相关的技术和所应遵循的标准。（3） 分析支撑软EMC2系统的各种软硬件平台。（4） 编写一段程序演示研究成果。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）1.研究开源的CNC系统软件EMC2目前的目标:（1）了解Ubuntu系统，能够熟练地安装系统、掌握基本的操作确保EMC2能够正常运行。（2）详细分析软EMC2系统设计相关的技术和所应遵循的标准.（3）分析支撑软EMC2系统的各种软硬件平台。（4）利用EMC2软件设计出可视化数控控制面板并演示。2.拟采用的研究方法：（1）在Ubuntu下建立实验系统，采用开源的CNC系统软件EMC2 进行软件编辑。（2）选择合适的数据采集卡，编写底层启动。（3）通过标准的接口以及符合该接口标准的模块来实现各个功能的实现和测试，包括图形化的软元件连接配置界面，即将实物的数控机床及各个按钮功能用软件模拟表达出来,机床操作员与这个接口交互从而达到操作机床的目的。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 主要参考文献1 周虹.开放式数控系统设计及实例 .湖南大学出版社,2007(8)2 苏远平,邹华兵.开放式数控系统的研究 .装备制造技术,2008 3 于杰 .数控加工工艺与编程.国防工业出版社,2010(1)4 李滨城,杨丹,顾金凤.基于EMC2的并联运动机床的控制系统设计与仿真.机械设计与制造,2010(8)5 曹遂军,王会良.国内外开放式数控系统的研究与现状. 机电工程技术,2003(5)6 谭翰墨 .开放式数控系统试验平台的开发与研究 .常熟理工学院学报 ,2008(10)7 陈卫福,杨建武.开放式数控系统及SERCOS接口应用技术. 机械工业出版社,20038 吴晶.基于EMC2的工业机器人研究.华南理工大学.20119 林凯宏，游林儒，胡庆华.EMC2的硬件抽象层原理与实现. 单片机与嵌入式系统应用,2009(12)10 许军 李华 .开源数控系统EMC2的编译和启动分析.现代制造技术与装备, 2009(6) 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语： 所查阅文献与毕业论文选题一致