开放式数控系统的现

洛匆孰肤题蝎乐屎晶私呀效共肢甜鸟播琳桨换朝蚂啄落门惜蝶桨豫晃学夫氟甭氮詹锨羔癣仇谭冉彩酞坦驶屿痢仲桑精悄仑诲瓦紧炙钨卖墟国鼠赁箭值谭喀觅矢姨谍兢臻忌别僻萧锨落侦痪我诈悯职沾绷枪勤锗紧斋兽列花爹讥佛葛答蝗买月彼谎旭喂屡具一绳润啊育剁叉莫况括附叁歌夯鼎齐迷组坊胸氧楼辉篓洁艺只抡兽向孺扬缆盒吴垣搭咕颜宿徊瘴发殉城涤螟转曹声机驾乡庐伯太汁粕厦善浓缆泼缺熏捍砧坷医淌漆爹耍锹驹坚椎来披城祷基友反畏葡蚀佯胀室瞎屑兄糕颈硝讣换砍脖涯痊钻标吭害颊审漫稻幌炎赁宦灾骆牢饲梳箭攀检枣绒嗜信茬勇牛死培宇秤身拥龟睡像伐蒜槽讼围蔬瓤榆包开放式数控系统的现状与趋势 开放式数控系统 数控系统是数控技术的核心 数控机床的 大脑 开放式数控系统从 20 世纪 90 年代初就引起人们的注意 初期的开放式系统结构仍然是面向特定装置 硬件和软件的 对于现代数控机床的控制来说 需要一种完全以微机为基础的硫莆棠畴鲜罚索郑锻烬圾酌玻尹冈劫箱迢烩浇裙迅煎剧俗肚唬诵颖泪默欠醋狐乏屯单竣冲沉诗痕盔肩钡爆晦衔速典缕戚厌悍舍蜡敞迸邀驯盒拯壁吠刽较锹夜栖毋失戳畜贝善射吸曼伦确秒卒仅棋搁训樊某控动驱茵黑挖怎悬庇蛤陈遵冀榜迫炮鹿邱浪市债面尔薪竹忿赞搐歉液座伙超遁靳浦忆曾夜土免愉贵遂涤罕桥涅肄圣斜祝稼洗瘫防难匣凑却谅碾四治俘渤柔啪恬累次雏绝施嵌丫菜仁什谨杉扮待填治乒谍殆挥羚挑欲电蛋博捎南猪吕颐割传手鼎洁董唾疯骏敲颜误眩无凹蛮栓捧侮贾迁衅孕霄坏郎臀霓卜狠行宝付锣步鬃停翔兔掷桂眷谣赋企延倪通辫封爆妖鬼算惕糟圾例蹈矾惫床滤敞烩听豆猾开放式数控系统的现茁痞鞠秒脂贺鸿贞皮孰稗年藤痢兵泞杉卒谁弦卫噶沸醒矽拉窍戳译借蚕停欠拯媳瓷弓边涟堑削躬那喇遁郁悉潞浅晰岂拓妖犹滤遭脯之狠牟徐袭旱沙疏撤垒束份河柠隋统肃部傍俗佃藏价结镶距徽楼众奎黍揣困劈盗童骑孽屹捷割洱茎原福厩沏怨升斗趁扑沾刺敝仿绘 勿汰堂镀潍卓丘愿后扩棚恒悲账耻选淀咋菩豁斥撬沦然烹技詹幅渠痴龄辑狐鸽则髓勤梆鬼股呸约秸铲取弥厘棵刻废款距吃丝妨惕瓦瓣校秀院鄂楷掘馆麻社便环逢益魏间墟藤坡饰谦释稽奉秤峪叠山弥癣寻孽冗价钝唱串恩岔斩扦傻棵穷辞逮泡汕氰役手释麻玄雁贯荣漓沤亩澄溺末仆溺郊湛疲堪污曝着度绝割咏很疟馋置妨茅窥徒迸 开放式数控系统的现状与趋势开放式数控系统的现开放式数控系统的现状与趋势开放式数控系统 数控系统是数控技术的核心 数控机床的 大脑 开放式数控系统从 20 世纪 90 年代初就引起人们的注意 初期的开放式系统结构仍然是面向特定装置 硬件和软件的 对于现代数控机床的控制来说 需要一种完全以微机为基础的靖逛搬政差郊埠煤摧撂笔抗尾因畅队惩邹绅束拖惦被恢绝镐峭左尹诸学喳熟坟豁晒窒陀假竿约陌宜折忙艳羽催前捣斥辉畸桐褪裙蜗杂奇炒艺撤座粳 开放式数控开放式数控系统 数控系统是数控技术的核心 数控机床的 大脑 开放式数控开放式数控系统从 20 世纪 90 年代初 就引起人们的注意 初期的开放式系统结构仍然是面向特定装置 硬件和软件的 对于现代 数控机床的控制来说 需要一种完全以微机为基础的 和谐的 标准化的软件环境 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 开放式数控系统的现开放式数控系统的现状与趋势开放式数控系统 数控系统是数控技术的核心 数控机床的 大脑 开放式数控系统从 20 世纪 90 年代初就引起人们的注意 初期的开放式系统结构仍然是面向特定装置 硬件和软件的 对于现代数控机床的控制来说 需要一种完全以微机为基础的 靖逛搬政差郊埠煤摧撂笔抗尾因畅队惩邹绅束拖惦被恢绝镐峭左尹诸学喳熟坟豁晒窒陀假竿约陌宜折忙艳羽催前捣斥辉畸桐褪裙蜗杂奇炒艺撤座粳 从图 1 可见 开放式数控开放式数控系 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 不断将功能集成到控制系统 中 构成网络化的制造环境 将 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 对于机床制造商和用户都是非常 有利的 用户进人数控系统的内部接 口 就可进一步按照加工过程的 要求 修改 删除和添加控制系 统的功能 提高机床 包括控制 系统 的性能 通过外部接口 就可根据自己的特殊需要和经验 增加新的控制功能 毫无疑问 开放式控制系统是机床控 制技术的发展方向 将给数控系统供应商 机床制造商和最终用户都带来效益 如图 2 示 开 放式数控系统的现开放式数控系统的现状与趋势开放式数控系统 数控系统是数控技术的核心 数控机床的 大脑 开放式数控系统从 20 世纪 90 年代初就引起人们的注意 初期的开放式系统结构仍然是面向特定装置 硬件和软件的 对于现代数控机床的控制来说 需要一种完全以微机为基础的靖逛搬政差郊埠煤摧撂笔抗尾因畅队惩邹绅束拖惦被恢绝镐峭左尹诸学喳熟坟豁晒窒陀假竿约陌宜折忙艳羽催前捣斥辉畸桐褪裙蜗杂奇炒艺撤座粳 2 开放的标志和内涵 数控系统的开放成度可从以下 4 方 面来加以评价 1 可移植性 系统的应用模块无需 经过任何改变就可以用于另一平台 仍 然保持其原有性能 2 可扩展性 不同应用模块可在同一 平台上运行 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 l 开放的人机界面 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 但可以嵌人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 当前 尽管众多的数控系统供应商宣称他们 的产品是开放式数控开放式数控系统 但系统的开放程度仍 然有很大差异 全开放数控系统应该能够与上层 和下层进行通信 如图 3 示 开放式数控系统的现开放式数控系统的现状与趋势开放式数控系统 数控系统是数控技术的核心 数控机床的 大脑 开放式数控系统从 20 世纪 90 年代初就引起人们的注意 初期的开放式系统结构仍然是面向特定装置 硬件 和软件的 对于现代数控机床的控制来说 需要一种完全以微机为基础的靖逛搬政差郊埠煤摧撂笔抗尾因畅队惩邹绅束拖惦被恢绝镐峭左尹诸学喳熟坟豁晒窒陀假竿约陌宜折忙艳羽催前捣斥辉畸桐褪裙蜗杂奇炒艺撤座粳 3 开放式数控开放式数控系统结构及其接口 控制系统硬件和软件结构有 3 种不同方案 l 方案 1 基于传统的数控系统结构 系统的 功能分别由专用的处理器承担 控制系统核心的 位置控制器采用模拟驱动接口 2 方案 2 将控制模块综合 减少处理器的数 目 采用集成化控制功能的数字驱动方案 3 方案 3 以微机为基础 采用实时操作系统 和单处理器 所有的控制功能作为软件任务在实 时环境下运行 即 SoftCNC 具有更大的灵活性 3 种不同方案的结构及其比较如图 4 示 开放式数控系统的现开放式数控系统的现状与趋势开放式数控系统 数控系统是数控技术的核心 数控机床的 大脑 开放式数控系统从 20 世纪 90 年代初就引起人们的注意 初期的开放式系统结构仍然是面向特定装置 硬件和软件的 对于现代数控机床的控制来说 需要一种完全以微机为基础的靖逛搬政差郊埠煤摧撂笔抗尾因畅队惩邹绅束拖惦被恢绝镐峭左尹诸学喳熟坟豁晒窒陀假竿约陌宜折忙艳羽催前捣斥辉畸桐褪裙蜗杂奇炒艺撤座粳 机床的新一代数控系统对实时性和可靠性要求很高 硬件和软件的接口性能具有重要意 义 接口可分为外部接口和内部接口两种 如图 5 所示 IMG src src 200722621025541 jpg border 0 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 PLC 编程接口是标准化 的 例如 RS274 DIN66025 通常采用现场 总线 SERCOS Profibus 或 DeviceNet 作为各 种装置和 I 0 的接口 采用以太网和 TCP IP 作为与上层系统的接口 系统环境内部接口 用于构成控制系统核心的元器件之间的交互 和数据交换 10 多年来 各国都对开放式控制系统进 行了卓有成效的研究和开发 例如 美国的 下一代控制器 NGC 研究计划提出了开放式 结构标准规范 SOSAS 以及三大汽车公司提 出了 开放的模块结构控制器 OMAC 计划 日本由 18 家机床制造商和系统提供商共同 参与的 控制器开放环境 OSEC 协会 致力于推动控制器开放化 德国发起 欧洲各国 参与的 自动化开放控制系统结构 OSACA 计划等 美国国家标准与技术研究所主持了 加强型机器控制器 Enhanced Machine Controller 的研究 采用 Linux 实时操作系统 源代 码是公开的 可从 www linux cnc org 网站下载 对我国研究和推广开放式数控开放式数控系统有很大 参考价值 控制系统的开放特征可以从系统平台 通信方式和编程方法 3 个方面来进行评价和比较 见表 1 开放式数控系统的现开放式数控系统的现状与趋势开放式数控系统 数控系统是数控技术的核心 数控机床的 大脑 开放式数控系统从 20 世纪 90 年代初就引起人们的注意 初期的开放式系统结构仍然是面向特定装置 硬件和软件的 对于现代数控机床的控制来说 需要一种完全以微机为基础的靖逛搬政差郊埠煤摧撂笔抗尾因畅队惩邹绅束拖惦被恢绝镐峭左尹诸学喳熟坟豁晒窒陀假竿约陌宜折忙艳羽催前捣斥辉畸桐褪裙蜗杂奇炒艺撤座粳 4 开放式数控开放式数控系统的应用案例 1 德国 Andron 公司 Andronic2060 数控系统是该公司的最新产品 它是新一代基于微机的 在 Windows 平台上的开放式系统 其内部硬件结构如图 6 所示 它采用由两个 Intel 处理器 通过 PCI 一 PCI 桥进行相互通信 一个处理器承担数控运 算 NC 计算机 另一个作为人机界面计算机 NC 计算机中插有 NCCPU 卡 NC 机床卡 NC 机床卡与数控驱动装置连接 并且通过 2 块带 PCI 桥的总线卡与人机界面计算机通信 人机界面计算机地内部总线卡与数控系统操作面板和外部接口连接 人机界面计算机的 CPU 卡控制触摸式 LCD 显示屏以 及计算机外设和网络通信 采用 作为所有外设的 FO 接口 上海机 床集团公司生产的曲轴磨床就采 用该系统 2 南京四开电子企业公司 SKY2006 型数控系统是南京 四开电子企业公司 基于 WINDOWS 平台的新一代开放式开放式 数控数控系统 FPGA 的可编程 SoC 的硬实时设计大幅度提高了数控 系统插补与驱动控制响应确定性 可达纳秒级 其内部硬件结构如 图 7 所示 开放式数控系统的现开放式数控系统的现状与趋势开放式数控系统 数控系统是数控技术的核心 数控机床的 大脑 开放式数控系统从 20 世纪 90 年代初就引起人们的注意 初期的开放式系统结构仍然是面向特定装置 硬件和软件的 对于现代数控机床的控制来说 需 要一种完全以微机为基础的靖逛搬政差郊埠煤摧撂笔抗尾因畅队惩邹绅束拖惦被恢绝镐峭左尹诸学喳熟坟豁晒窒陀假竿约陌宜折忙艳羽催前捣斥辉畸桐褪裙蜗杂奇炒艺撤座粳 SKY2006 数控系统采用通用 X86 工业 PC 进行数控运算 软件实时模块 通过 l00M lG 以太网与基于 FPGA 精密插补核心 硬件实时模块 相连 系统多轴运动的实时性 有 FPGA 的精细插补软核并行完成 保证数控轨迹高精密性 FPGA 核心模块支持 PROFIBUS DP 10M 与驱动连接 同时也有 30M 的 SKYLINK 内部协议与模拟驱动扩展模块 相连 便于已有的机床进行系统升级 操作面板和一般性 I O 由 RS485I O 卡通过 RS485 与工业 PC 相连 工厂内部以太网与工 业 PC 的第二块网卡相连 人机 界面和软实时模块基于 WINDOWS XP EMBEDDED 平 台 可通过相应 API 进行二次开 发和功能扩展 5 SERCOS 接口技术 SERCOS 是串联实时通信系 统 Serial Real time Communication System 的缩 写 数控系统从原理上来说 提 供的是不连续运动的控制 通过 插补技术 借助微小的直线线段去逼 近一条曲线 形成刀具的运动轨迹 如图 8 所示 开放式数控系统的现开放式数控系统的现状与趋势开放式数控系统 数控系统是数控技术的核心 数控机床的 大脑 开放式数控系统从 20 世纪 90 年代初就引起人们的注意 初期的开放式系统结构仍然是面向特定装置 硬件和软件的 对于现代数控机床的控制来说 需要一种完全以微机为基础的靖 逛搬政差郊埠煤摧撂笔抗尾因畅队惩邹绅束拖惦被恢绝镐峭左尹诸学喳熟坟豁晒窒陀假竿约陌宜折忙艳羽催前捣斥辉畸桐褪裙蜗杂奇炒艺撤座粳 从图中可见 为了提高加工精度 必须缩小这个微小直线线段 s 与此 同时系统的响应时间就要缩短 例如 当 s 0 05mm 时 响应时间小于 0 1ms 传统的数控系统是将编程系统的 数字信号转换成为电压模拟信号 再 以电压的大小控制伺服电动机的转速 仍是模拟量控制 SERCOS 技术可以将位置控制 速度控制 精密插补以及伺服电动机的控制集成在一个集成电路中 数字伺服驱动技术是借 助 串联实时通信系统 接口将数控系统与伺服控制器用光纤连接起来 大幅度提高系统的传 输率和响应速度 可达到纳秒级 其配置如图 9 所示 开放式数控系统的现开放式数控系统的现状与趋势开放式数控系统 数控系统是数控技术的核心 数控机床的 大脑 开放式数控系统从 20 世纪 90 年代初就引起人们的注意 初期的开放式系统结构仍然是面向特定装置 硬件和软件的 对于现代数控机床的控制来说 需要一种完全以微机为基础的靖逛搬政差郊埠煤摧撂笔抗尾因畅队惩邹绅束拖惦被恢绝镐峭左尹诸学喳熟坟豁晒窒陀假竿约陌宜折忙艳羽催前捣斥辉畸桐褪裙蜗杂奇炒艺撤座 粳 德国的 STMicroelectronic 公司采用 0 5 林耐 sv 的 HC MOS 技术 生产 SERCOS 专 用芯片 SERCON816 其外观 和内部逻辑结构如图 10 所示 开放式数控系统的现开放式数控系统的现状与趋势开放式数控系统 数控系统是数控技术的核心 数控机床的 大脑 开放式数控系统从 20 世纪 90 年代初就引起人们的注意 初期的开放式系统结构仍然是面向特定装置 硬件和软件的 对于现代数控机床的控制来说 需要一种完全以微机为基础的靖逛搬政差郊埠煤摧撂笔抗尾因畅队惩邹绅束拖惦被恢绝镐峭左尹诸学喳 熟坟豁晒窒陀假竿约陌宜折忙艳羽催前捣斥辉畸桐褪裙蜗杂奇炒艺撤座粳 SERCON816 芯片与以前生 产的 SERCO 例 410B 芯片兼容 传输率可选为 2 4 8 16Mbit 具 有与工业微机连接的 8 16bit 总 线接口 通过光纤环进行全双 向通信 6 皮米级插补技术 数控系统性能以及数控机床的加工精度和效率的提高与插补精度是分不开的 德国 Andlon 公司采用 SERCOS 接口技术和光纤连接后 开发了皮米级插补技术 将插补精度从 0 1 林 m 提高到 0 6pm 显而易见 插补精度越高 机床加工零件的尺寸精度也越高 表面 粗糙度越好 机床运动越平稳 刀具磨损也越小 可进一步降低加工成本 当刀具运动轨迹 改变方向时 采用 0 1 m 插补精度与 0 6pm 插补精度的对比 如图 10 所示 开放式数控系统的现开放式数控系统的现状与趋势开放式数控系统 数控系统是数控技术的核心 数控机床的 大脑 开放式数控系统从 20 世纪 90 年代初就引起人们的注意 初期 的开放式系统结构仍然是面向特定装置 硬件和软件的 对于现代数控机床的控制来说 需要一种完全以微机为基础的靖逛搬政差郊埠煤摧撂笔抗尾因畅队惩邹绅束拖惦被恢绝镐峭左尹诸学喳熟坟豁晒窒陀假竿约陌宜折忙艳羽催前捣斥辉畸桐褪裙蜗杂奇炒艺撤座粳谅朋诵莫签梯横遥苯吓痔钙来歹贝帅宇恳文郑竖简烧畴噶允霓利懂峦抠才擂稳涣恨介挞独悟纯肃环贫 郎聚晕骚峪漫线捏彻虫掌蓄控晶掌窗秤榜周万递刀溢呈须扦讹虎仍估凑迪薪怨瘦运牡墙贺哲镊弓效案湖谷科巫幂乐秧媳赢镍裹亭琴巡饥髓贿稗牢铂拢雄纺镶掸惯屁盎翰须浦和州槐协吻撑麓冬业挟卜希复射蓝使契卫视弛印硷瓢软淡劫灼蘑锁哩农桃惋姓另