CAM插补算法和多轴联动关系要点

1、至于插补算法和多轴联动的关系，就太复杂了，肯定是有关系，不过不是三言两语可以解释得清楚的。国内有不少数控系统号称 3轴以上得联动能力，其实多依靠前端CAM软件实现多轴联动，而系统本身最多只具备3轴联动能力。如果真是考虑3轴以上的联动，则不紧紧是插补问题， 刀具半径的空间实时补偿才是关键所 在，而这方面，国内几乎没有数控系统级的解决方案，还是在依靠CAM后置处理，因而这样的加工并非完整意义上的多轴联动。插补原理：在实际加工中，被加工工件的轮廓形状千差万别，严格说来，为了满足几何尺寸精度的要求，刀具中心轨迹应该准确地依照工件的轮廓形状来生成，对于简单的曲线数控系统可以比较容易实现， 但对于较复杂的

2、形状， 若直接生成会使算法变得很复杂，计算机的工作量也相应地大大增加，因此，实际应用中，常采用一小段直线或圆弧去进行拟合就可满足精度要求（也有需要抛物线和高次曲线拟合的情况），这种拟合方法就是“插补”，实质上插补就是数据密化的过程。插补的任务是根据进给速度的要求，在轮廓起点和终点之间计算出若干个中间点的坐标值， 每个中间点计算所需时间直接影响系统的控制速度，而插补中间点坐标值的计算精度又影响到数控系统的控制精度，因此，插补算法是整个数控系统控制的核心。插补算法经过几十年的发展，不断成熟，种类很多。一般说来，从产生的数学模型来 分，主要有直线插补、二次曲线插补等；从插补计算输出的数值形式来分，主

3、要有脉冲增量插补（也称为基准脉冲插补）和数据采样插补26。脉冲增量插补和数据采样插补都有各自的 特点，本文根据应用场合的不同分别开发出了脉冲增量插补和数据采样插补。1、 数字积分插补是脉冲增量插补的一种。下面将首先阐述一下脉冲增量插补的工作原理。脉冲增量插补是行程标量插补，每次插补结束产生一个行程增量，以脉冲的方式输出。 这种插补算法主要应用在开环数控系统中，在插补计算过程中不断向各坐标轴发出互相协调的进给脉冲，驱动电机运动。一个脉冲所产生的坐标轴移动量叫做 脉冲当量。脉冲当量是脉冲分 配的基本单位，按机床设计的加工精度选定，普通精度的机床一般取脉冲当量为：0.01mm,较精密的机床取1或0.

4、5um。采用脉冲增量插补算法的数控系统，其坐标轴进给速度主要受插补程序运行时间的限制，一般为13m/min。脉冲增量插补主要有逐点比较法、数据积分插补法等。逐点比较法最初称为区域判别法，或代数运算法，或逐步式近似法。这种方法的原理是：计算机在控制加工过程中，能逐点地计算和判别加工偏差，以控制坐标进给，按规定图形加工出所需要的工件，用步进电机或电液脉冲马达拖动机床，其进给方式是步进式的插补器控制机床。逐点比较法既可以实现直线插补也可以实现圆弧等插补，它的特点是运算直观，插补误差小于一个脉冲当量，输出脉冲均匀，速度变化小，调节方便，因此在两个坐 标开环的CNC系统中应用比较普遍。但这种方法不能实现

5、多轴联动，其应用范围受到了很 大限制。对于圆弧插补，各个象限的积分器结构基本上相同，但是控制各坐标轴的进给方向和被积函数值的修改方向却不同，由于各个象限的控制差异， 所以圆弧插补一般需要按象限来分成若干个模块进行插补计算， 程序里可以用圆弧 半径作为基值，同时给各轴的余数赋比基值小的 数（如R/2等），这样可以避免当一个轴被积函数较小而另一个轴被积函数较大进，由于被积 函数较小的轴的位置变化较慢而引起的误差。2、 时间分割插补是数据采样插补的一种。下面将首先阐述数据采样插补的工作原理。数据采样插补是根据用户程序的进给速度，将给定轮廓曲线分割为每一插补周期的进给段，即轮廓步长。每一个插补周期执行

6、一次插补运算，计算出下一个插补点坐标，从而计算出下一个周期各个坐标的进给量，进而得出下一插补点的指令位置。与基准脉冲插补法不同的是，计算出来的不是进给脉冲而是用 二进制表示的进给量，也就是在下一插补周期中， 轮廓曲线上的进给段在各坐标轴上的分矢大小，计算机定时对坐标的实际位置进行采样，采样数据与指令位置进行比较，得出位置误差，再根据位置误差对伺服系统进行控制，达到消除误差使实际位置跟随指令位置的目的。 数据采样法的插补周期可以等于采样周期也可以是采样周期的 整数倍；对于直线插补，动点在一个周期内运动的直线段与给定直线重合，对于圆弧插补， 动点在一个插补周期运动的直线段以弦线逼近圆弧。数据采样插

7、补主要有：时间分割法、扩展DDA法、双DDA法等等。还是看看位置控制方式的经典分类吧！三种类型如下：点位控制，只关心如何快速准确地到达最终目标位置，而不管中间运动过程如何，因而无需联动也可以实现，如 钻床的钻孔定位 过程。连续控制，不同坐标间以固定的比例，匀速或等间隔地以直线运行关系移动到最终目标位置，是一种最简单的联动控制，如车床车锥面，或者铳床铳斜面。轮廓控制，不同坐标间以确定的非比例运动关系，沿着一个确定的目标曲线或者曲面移动，直到最终完成，显然是需要联动控制的， 比如最简单的圆的车铳加工，复杂的曲线车铳加工、以及高要求的自由曲面铳削加工等。直线插补是实现连续运动控制的基本方法，也是多数

8、数控系统实现复杂曲线、 曲面加工的基本小线段的实现单元， 因而本人认为，即便是以逐点比较法实现直线插补， 也应属于联动控 制，我们应当看到的是稍微宏观一点的直线运动本身，而不是微观的点运算和执行细节。管中窥豹，可见一斑。如果只见一斑，那么我们也就看不到豹子了。希望上述论述对于理解 插补和联动有所帮助。二、CNC装置的工作过程CNC装置对输入加工程序的运算和处理的核心部分有三步：1逼近处理对曲线L进行逼近处理。按系统的插补时间 t和加工所要求的进给速度 F,将L分割成若干段直线 L1 , L2， Li， Li=F t (i=1 , 2,)当厶0时，折线之和接近曲线 L,即：L I M 刀 Li

9、= L 0i=0当F为常数时， Li为常数，但斜率与其在 L上的位置有关。2插补运算在计算出 Li后，将其分解为 X轴和Y轴的位移分量 xi和 yi,由于 Li的斜率随它在L上的位置不断变化(与 L的特性有关)， xi和厶yi的值也是不断变化的，但满足： Li=根号下 Xi的平方+ Yi的平方 且有： Fx= Xi / t Fy= Yi / t3指令输出将计算出在 t时间内的作 xi和厶yi为指令输出给X轴和Y轴，一控制它们联动。这是网上别人写的， 从这不难看出，插补只是一种算法而已，而联动就是结果了， 如果不用电气而直接用齿轮等机械传动结构也是可以实现有轴联动的，电气实现的应该是属于无轴联动

10、。（个人意见）在系统厂家推出的高级系统时，有关支持最大几轴联动时都是写：支持机床5轴联动，所以联动是个结果，插补只是个算法而已，如果有别的办法可以加工出任意角度长度的直线， 任意曲线等，可以不插补，而直接轴联动，（假象一条光束，加工刀会自动跟随光束走，那这个就不需要NC来插补了，就像磁铁吸引一样，呵呵）关于联动轴最多要多少个就好的问题，我举个例子，机床在做BALLBAR的时候，一般只做XY 和XZ的，而YZ就不做，当时我想为什么不做呢？于是我就有机会做了一次，原来XY和XZ做 好后YZ的图自然就好了 ，再做是浪费的控制器30年和未来10年控制器的发展方向2012-12-18 09:42:32中

11、国工业电器网内容摘要：DCS勺控制器和HMI （人机界面）通常是合二为一的，这也比较适合 大型过程控制的监控室，这使DCS更显示出浓厚的PC根源。个人认为未来楼控 很难作为一个单独的控制器种类存在，而会被其它产品给吞并，例于PLC、自动化历史回顾:1.1、PLC & DCS七十年代开始从传统使用仪表和继电器组对应的两个不同应用领域（过程和顺序控制领域）派生出来DCS和 PLC两类产品。这两类产品在初期确有相当多的 不同，DCS寸于模拟量回路控制这一块更为重视，而 PLC对于离散的逻辑控制更 为拿手。当时的DCS使用通用CPU采用解释方式处理程序，而 PLC依靠类拟于 AMD291的位块处理器处

12、理逻辑，相对而言在系统结构上，DCS更偏向PC，而PLC 更像传统的硬件继电器组（位处理器）。PLC与DCS在经过数十年的并行发展后，突然大家发现 DCS和PLC的概念 含糊不清了，因为PLC也在体系中加入了通用型的 CPU也大量的使用的DCS或 者PC的各种软硬件技术，特别软逻辑PLC在指令处理原理方面与DCS并无二样， 只是上位机软件的用户指令不同而已。当然 DCS也不是原地不动，DCS在网络通 信方面、多DPI协同工作方面、冗余方面都有了长足的发展，并广泛的采用了基 于X86勺PC_BAS体系架构，充分利用了 PC的技术成果。现代的DCS与 PLC的差别是相当小的，从具体的技术区分而言，

13、 DCS有基于 令牌网络的分布式实时数据库，可以通过全量通信来保证每个 DPU内的数据映象 都是一致的，而PLC更多的关注单机工作，就算是联网，也假定两台PLC之间只 需要少量的数据交换，所以采用的主从结构的请求应答方式通信。 全量和增量通 信并不能说明那一种更为高级或者更好， 只能说应用的领域不同，对于实时性要 求高的环境增量通信是一种很适合的工作模式， 而对于低速的大型控制系统，全 量通信却可以很好的保证可靠性和稳定性，可以确保每一个DPU使用的数据都是 同基于同一时间切片的，这也就是 DCS采用定时扫描的原因之一。在过去数十年的发展进程中PLC与DCS都受到PC技术发展的深远影响，特别

14、是DCS目前的DCS大多采用PC_BAS结构，对PC技术的吸收也相当彻底，而 PLC也在80年代未至90年代的软PLC开发浪潮中大力吸收了 DCS PC的技术，特 别是在IEC61131-3标准制定出来后，产生了一系列的以开发软 PLC软件的公司， 这些公司以欧洲公司居多，这与欧洲公司的开放软件组织成熟有一定关系。同时IEC61131-3有很强的排它性和技术壁垒特性，对于日式PLC的编程方式基本是排 斥的，所以相当多的欧洲企业有兴趣进军这个行业，这方面以KW方梯队、ISAGRAF 3S等尤为突出，这些公司对于工控软件化和标准化起到了相当重要的 作用，目前的各大工控公司在开发新的软件时都会对这几

15、家公司的产品进行深入 的研究。最初的软PLC开发大多以PC_BAS为硬件平台，后来一方面PC_BAS限入 了低谷，成本和可靠性都很难提升，才慢慢的加入 ARM 51、AVF等CPU勺支持， 并一直强调开发的模块化结构，使移植变得更为容易。目前，PLC通常按点数和价格分成了大中小微几种不同的档次，同时按内部 实现技术分成了硬PLC软编译型PLC软解释型PLC三种，按结构分成了背板 式、模块式、分布式几种。其中大中型 PLC更是在功能上加入了 DCS和PC的许 多功能，使其可以向上吞并一些DCS的市场，如现在很多自备电厂和化工行业都 不再使用DCS而改用PLC去完成。另一方面需要引起注意的是现在

16、PLC发展出了 许多专用的PLC，包括数控专用、车用、设备专用、安全的、楼宇的等。同时DCS也向下发展了许多有个性的产品，使其可以代替一部分PLC的产品，如淅大中控、淅大中自的某系列产品就做得比较小，只有几个回路，带显示 屏，可以满足一些行业的单回路控制需要。从目前来看，PLC与DCS必定将相互交融，在十年后我们一定不会再为控 制器选DCS还是PLC而苦恼，因为它们其实是一样的，现在大多数厂商都已认识 到了这一点（大多数主流厂商新系统中都将这两者合二为一了 ），只是大多数用户 因为厂商的宣传没到位而没有改变习惯。1.2、现场总线和FCS在软PLC出现后不久后，一场全新的技术浪潮狠狠的撞了一下工

17、控行业的 腰，这就是现场总线。同时基于现场总线派生出了 FCS的理念（全分布式的基于 现场总线的控制系统），在当初，我也是FCS的拥护者和开发者，深信在芯片能 力越来越强，价格越来越低的今天FCS才是未来的控制系统。可在实际的开发和 应用过程中，我们发现全分散之后不光成本升高了， 维护也变得更困难，因为所 有的节点都依赖网络，而网络的可靠性就变成了一个瓶颈。这么长的网线，有任 何一段出现短路或者开路都会有致命的损伤， 如果采用冗余的网络和系统，则会 导致成本大增。并且分散后的逻辑，会因为一个中间节点的故障导致整个系统的 重大错误，当然如果用户对分布式控制理念有很深的理解当然没有太大的问题， 但

18、事实上让用户工程师理解这么复杂的拓朴结构和考虑这么复杂的现场结构是不现实的除非是在未来的神经元网络芯片研发方面有新的发展，可以在某一个逻辑 运算节点损坏后自动由另一个逻辑节点替代， 同时需要更好的基于网络的逻辑编 程软件，这个软件可以对于分布式的控制器进行合理的逻辑切分，并且对任一个节点损坏后出现的状况能有合理的处理方式，或是保护或是不理。FCS发展的理想地步是只有传感器和执行器而没有单独的控制器，所有的传感器将自己的参数传给需要的执行器，各个执行器根据网络得到的参数运算并进行控制，同时将自己运算得到的中间值传给其它的执行器。 因为有了中间值的问题，所以整个控制 网络将变得相当复杂，每个有中间

19、值的点都必需有合理的处理策略， 理想的情况 下，是当中间逻辑点出现问题后，能由任一个逻辑点进行替代，或者进行合理的 保护策略。在可以预见的时间内我们将很到满足所有要求的全新的FCS出现，在通信方面也会变得更灵活和更可靠，但我们有理由相信FCS不会在五年内真正的 成为主流控制系统，但FCS的理念会被传统的PLC吸收并消化。在经过若干年的研究后，目前很多工程师形成了一个暂时的共识，那就是： 根据现场的实际情况选择分布还是集中，很多情况下一种整体分散局部集中的方 式是最适合的。比方在冶金行业，很多现场使用S7-400做为主站，用S7-300做为子站，把子站分布在现场，每个子站负责一个具体的任务或者一

20、个工段。这样一方面当网络出现问题时，各个子站可以很好的处理自己的任务， 同时每个子站 到设备的距离减至了 100米以内，使布线和维护变得相对简单了。现场总线的技术浪潮中有一个很有意思的情况，那就是IEC61158的制定过程，这个过程充分的反应了国际工控业各大利益集团的冲突，大家为了保护自己的利益在长达15年的时间内竟然未能达成一个真正有意义的协议， 最后的结果 是变成了 8种标准并存，后来又扩到了 13种（有14种标准，但有一种退出了），标 准的范围也从最初的涵盖过程、 楼宇、电力等退到了只包含过程控制，这次争论 的结果是当时的制定委员会的负责人在标准通过的当天宣布辞职，他说：“太多的标准意味

21、着没有标准”。其实我个人认为做一个统一的标准包含所有行业目前 来看不太现实，各个行业的关注点也不同，像一般过程控制大家可能选 PROFIBUS 等，楼控可以选LONWORJK数采和单一设备间通信可以选 MODBU等。但同一行 业内实在应该制定一个统一的标准， 我们很多工程师都会常常为了用 V80联西门 子或者AB的控制系统而伤脑筋。我个人对PROFIBUS:匕较有感情，因为在前几年用了两个人年做了一块 PROFIBUS勺主站芯片，用FPGA故的，把整个PROFIBUS-D主站的数据链路层的 状态机完整实现了。PROFIBUS以说是一个很好的块通信协议，对于可靠性方 面处理是相当完备的，完全是德

22、国人的思维方式，相当严谨，诊断、参数化、配 置、诊断、数据交换。PROFIBUS最大的优点是状态机与通用处理器之间的多缓 存结构，使通信的实时性、一致性和可靠性得到了充分的保护。但国家把 PROFIBUS定为国家标准，这使我感到很搞笑，中国在FF和PROFIBUS之间摇摆了很多年，花了不少钱做了很多工作，但大多是表面工夫， 这些研究大多脱离实际应用，或者仅仅是纸上谈兵。为什么我对PROFIBUS!为国家标准感到可悲呢，这是因为西门子等公司已在技术源头捻住了我们的脖子，它们对于PROFIBU主站技术的封闭使中国至今少有公司能开发主站，这是因为 开发主站必然会影响西门子等技术大佬的利益。其实从纯技

23、术角度而言，国内大多数有实力的公司都有能力跳开这些技术壁垒开发自主知识产权的PROFIBU主从站芯片（本人也在02年开发了一颗主站芯片，但我离开原来的团队后，这个项 目就只是自己系统的应用而不能得到升级改进和推广了），可惜的是国家从85开 始每年投大量的钱给一些研究所，却完全没有看到出来的成果与应用的结合。 PROFIBUS在中国的推广只有在有低成本的芯片和成熟的解决方案出现后才有可 能得到大量的应用，目前来说从站的应用已经比较多了， 这得益于很多变频器厂 商希望能将自己的产品与西门子的控制系统互联。PROFIBUS普级的最终的动力我想一定不会来源于带有官方色彩的现场总线委员会，而会来源于国内

24、的广大工控厂商，为了回避恶意竞争，会有很多厂商把大量的产品出口或者贴牌卖给欧洲， 而欧洲严厉的行规使没有 PROFIBUS接 口的工控产品基本上无法销售，至V那时， 我想会有更多的朋友和有实力的研发团队投入到 PROFIBU的开发过程中来，希 望这个时间尽快到来，这样我也还能够出上一份力。FF协议是一种美式的浪漫主义标准，在美国多增加二十美金的成本对于一 个控制器或者传感器来说并不是什么大不了的，但对于广大的第三世界国家，短时间内我们是不太可能接受这么贵的解决方案，而且技术上面也存在着很多的理 想化，目前也只有H1在使用，H2已完全废弃，改用工业以太网。每当我看到 FF 后，总让我想起LONW

25、ORJK我应该是国内比较早用LONWOR开发产品的研发工 程师，2000年我们对LON*议充满了好感，特别是它的人性化的设计、七层协议 的完整实现、基于网络变量的组态方式。但在后来若干年中，我们有一种骑虎难 下来感觉。1、LON协议太慢了，一个74K网络中一秒最多也不过几十帧；2、协 议实现不完整，FT-10A的收发器根本就没有实现 P-坚持型载波侦听多路访问协 议（P CSMA）所谓的回避就是减少每一秒钟的发送数据帧数，然后每一帧发三 次，这是做了很多实验后再打电话给美国Echelon公司后得到的正式答复“FT-10A不支持LON协议的P CSM” ; 3、LON的CPU芯片3150其实是一

26、颗早 期摩托罗拉的三核CPU这确实为通信能力的提升带来了很多好处，但仍然不是 硬件解析的，所以速度相当慢；4、基于LONMAR的组态软件使用户在现场很难 维护，更换任一节点后都需要重新组态和配置， 并且过程相当麻烦和缓慢（可能 现在的电脑速度上会快很多），这在工控现场是不可思议的；（关于LONWORKS 前些年在21iC网上写了一篇关于LONWOR的开发经历，大家可以下载看一看）。在现场总线这一节的最后面我谈一谈对工业以太网的看法，在这个盲目推 崇以太网和TCP/IP协议的年代，我要对工业以太网泼冷水，在未来的工业系统 中以太网的必要性是无可以厚非的，但以太网不是万能的，它在实现与HM、监视系

27、统的联接方面有超人的优势，这是因为他可以很方便的提供跨区域跨平台的 互操作和访问，特别是基于Web勺e设备是未来的一个方向，这使广大厂商都在 自己的系统里面上以太网上 TCP/IP。这是没有错的，这个方向是相当正确的， 但是越来越多的工程师和科技工作者希望用工业以太网一网打净所有需要现场 总线的场合，这就不对了。工业以太网是一种商业的办公用网络，它在好多个领域是不适合的，1、对时间要求高的系统（实时性、重复性、顺序性）；2、对效 率要求比较高的系统；3、对成本要求比较高的系统；4、对可靠性要求高的系统。 这是因为以太网和 TCP/IP协议并不适合于工业的现场层面或者实时层面的通信，其抢占式的总

28、线结构使时间的可靠性得不到保证、多层次的封装导致效率的 低下，对于CPU的保贵机时浪费太多、开放过度导致的安全性不够等。对于IP的反思在通信行业上已得到广泛的认同，原本想在3G的时代一定会是IP的天下， 但实际的情况发现，在通信中的主干环节 IP仍然因为效率低下而无法满足要求 （很多国际大公司都在彻底IP的理想上面吃了苦头），而不得不退回去仍使用 ATM 之类的精干协议。当然很多朋友问题均可以简单解决（实际上如果您亲身开发或者使用后就觉 得全不是那回事）。最后面，我预言未来互联网最大的用户一定是不是人，而是机器，而是开关，而是每个灯泡，当网络进入装备和家居后，一个节点的成本低于50元是可以实现

29、 的。今后最赚钱的网络必然不是 GOOGL之类的，而是设备网，如果能有一个制 定标准一统江湖的设备网（为用户提供人与设备的接口），那才是最大的市场， 现场总线加网关上互联网一定会是今后十年最好的方案。多协议、多层次、专业网络、行业总线将是未来十年现场总线发展的方向， 不要跟风，不要选择时髦的不适合你应用的网络或者总线，按应用的场合，未来我们也许真的需要8种现场总线，当然一定不是现在这13种，而是根据应用的场 合不同来选择的，同时支持多种协议的网关芯片也将随着装备技术和芯片技术的 发展而日益成熟。1.3、PC_BASEPC_BASE刚出现时也是在工控界引起了很大的反响，那个时代的控制器都是 相当

30、贵的，我记得当时一块西屋公司 WDP腔制系统的250M硬盘卖5万块，而PC 硬件的低成本对于大家来说是相当大的吸引力。当时的工程师分为两派，一派认为PC是为商用开发的，控制界只能吸收其有用的技术，而另一派认为PC技术的 广泛应用，有如此之多的软件和硬件资源可供利用， 对于控制器的标准化和降低 成本有很大的好处。在这个过程中，国内的工控厂商包括 DCS PLC和各种专用控制器都广泛的采 用了 PC_BASE结构来开发新产品，当时大多使用386和486,其中ICOP的386X_M6117是其中最好的工业级386 CPU可惜我只能买到 M6117C所以只好改 用了 MAPLE勺486DX4-100M

31、PC_BASEi近些年的发展之中遇到了一个很大的难题，当初大家之所以选用 PC_BAS是因为开发方便，特别是 DOS X86兼容年代，大家可以在一周的时间 编写出一个很复杂的控制类程序，在刚有网络的时候，大家通过BBS互通有无，当时感觉有一种一切均在掌握之中的感觉。现在DOS使用者越来越少，于是很多的厂商在引导工程师走WINNT勺平台，而WINNT寸于底层的屏蔽使广大底层软件开发工程师感到相当郁闷，因为WINNT体系的WD驱动程序开发需要用到DDK等复杂工具，但如果使用XTOOL之类的 简易开发工具又会让人有一种隔鞋搔痒的感觉，让PC_BAS的开放性和方便性大 大的被抵消了。同时 WINNT体

32、系的低可靠性让大多数自动化工程师望而止步。2.0以前的WINCE也是一个让人发狂的软件，不光可靠性差，实时性也相当差 劲，让人怀疑这玩意只能用来做做显示屏，后来wince2.0出来后还好一点，但个人对WINCB5是有抵触，可能是当初吃苦头吃多了，总认为一个工控产品不适 合选用WINCB做操作系统，因为WINCE勺系统结构包括兼容性、开放性、图形方 面的优点都是针对手持消费类产品的， 如PDA之类，对于工控需要的高实时性和 高可靠性实在有点不及格。这一方面linux要更差一些，因为linux是为商用电 脑开发的，很多公司都在为linux进行减肥并把抢占式的调度机制强行加入linux，从而可以使l

33、inux可以用在嵌入式的环境，但WINC有的缺点它也都有， 同时还要更严重，所以也不是一个好的选择。在操作系统方面，其实像VXWORKS和NECLUE之类的可能是一个不错的选择，因为用户多是工业方面的，对系统的 可控制性比较强，如果是高要求的开发者还可以买源码，这样如果操作系统内有问题就可以自己调试，我们就曾发现 NECLUE操作系统的8019驱动方面有问题， 主要是实时高速通信会有堵塞的问题，后来发现这一部分代码是从linux的源码 中移植过来的，所以linux也有类似的问题。对于PC_BAS体系更要命的是低档X86勺配套芯片都已停产，包括 DRAM等, 使大家想接着使用386、486、58

34、6都不可能了，（我一直很喜欢ICOP的M6117 可惜现在DRAM真是买不到新货，全吃库存了），除非使用旧芯片。同时现在intel 和微软已完全放弃了向下兼容的规则， 使PC_BAS存在的意义日益减少。没有哪 家工控厂商都跟上这两位大佬的更新速度，当你的产品准备面市时，你会发现你 使用的所有器件均已停产，你只能上二手市场去买拆机件。在PC_BAS发展过程中大多数厂商都遇到了 PC_BAS单体成本高、需要用户 有较强的开发能力的问题，使PC_BAS的量很难做大，对厂商的技术支持的能力 和要求很高。为此很多工控机的厂商都找到了像KW infoteam、ISAGRAF 3S这样的软逻辑开发商，利用工

35、控机或者 PC104+IO板卡来组成一个控制平台，这 种控制平台最大的优点在于可以支持现有PC的各种资源，使监、控可以做在一体，缺点主要是从小型PLC来说，成本太高，从中大型PLC来说点数又太少，同 时抗干扰和抗振动方面存在许多架构性问题。这一章结尾，我们谈一谈其它的中高档处理器，在前些年我们花了很多的时 间试用过多种不同类型的中高档 CPU想选一款理想的处理器而不可得，那个时侯 民品方面的工程师都将目光转向 ARM因为大多数情况下在 WINCE和 linux上开 发X86的软硬件和在ARMh开发类似的程序难度差别不大，而且ARM勺成本比X86 要低很多。我们试用了几种ARM后 （当时ADI公

36、司的工业级ARM还没出来）感觉 ARM用在工业上面不大理想，大把显示、音频、VGA以太网MAC之类的功能都在工控常规平台内用不上，而且ARM勺抗电磁兼容方面也是一个头痛的问题，对于一般要求的2000V快速脉冲还可以满足，但再向上走就很难做到。目前来说选 择可能会简单很多，相当多的工业用 ARM coolfire 、AVR M16使开发者有更多 的选择，其中做为控制来说，M16K是一个很合适的处理器，可惜是日本产的。1.4、PLC DCS PC的交叉点：在现有技术的发展过程中，因为IC技术、通信技术、软件技术的高速发展。 PLC DCS IPC在近几年出现了相当多的交叉和重复，基本上变成了PLC

37、看起来更像DCS而IPC改头换面之后与大多数的软 PLC并无二样，也采用模块化结构， 也使用IEC61131-3的五种语言，在使用上面比大多数的 PLC更加容易更加偏软这些年经常见到一些朋友问到底 DCS与 PLC的区别是什么，IPC+软逻辑之后 是不是PLC？这个问题真是一个很模糊的问题，因为差别实在是太小了。我曾经研发了五 年的DCS又研发了四年的PLC，其中更多次使用IPC+软逻辑开发过PLC产品，所 以从我们做研发的定义来分辨这几种产品吧。DCS:DCS原来设计主要是为顺序控制开发的，大多数执行是定时扫描方式，循环 的速度要求不高，多数在50ms秒以上可以设，但DC阪用的场合主要是电厂

38、的 主控、化工、造纸等，这些场合是一些比较复杂的模型，需要较强的模拟量运算 能力，同时大多数DCS都针对不同的行业开发不同的功能块， 使用户在使用时不 需要自己用PID之类的算法做控制，而是抽象到了模型或者回路这一层。另外DCS的用途点数通常比较多，很多大系统加上中间点可以达到20万点以上，硬10点数也在数万点之多，如果用一台控制器当然是很困难的，所以大多 数DCS在基于网络的多DPU协同工作方面有很强的能力。超强的冗余功能，冗余与热备这是两种完全不同的技术，很多厂商完全混淆 这两种概念误导客户，大多数冗余的故障切换时间都在uS级，这是严格的无缝切换，而热备则带有很多的软件特征，切换慢一点的如

39、某公司的400系列某型大型PLC，需要数分钟之久。同时冗余也还有双 CPU通过双口 RAM和通过串行通信 等数种不同的实现方式，这里面带有着相当大的成本和性能不同，用户在选取时需要认真调研。每一个DPI内均有一块实时数据库，实时数据库按站数和内外分成多块，每 个站都用广播方式将自己的变量全量发送出去，同时每个站都会接收和更新其它站广播过来的全局变量，这样使每个站都可以实时的得到其它站的数据，从而使 DCS可以很好的控制一个大系统。DCS的控制器和HMI（人机界面）通常是合二为一的，这也比较适合大型过程 控制的监控室，这使DCS更显示出浓厚的PC根源。DCS的控制网络通常都是封闭的，通过一个历史

40、数据库或者网关与外网交互， 同时DCS对于工程师站、操作员站的定义比 PLC工程体系要更为清晰和明显。PLC:小型微型PLC倒没什么冲突，因为结构和低成本的原因与其它两类产品完全 不同。但中大型PLC因为大量使用PC_BAS技术使其与DCS和IPC+软逻辑基本 上没有差别，只是因为这些厂商大多之前就是 PLC厂商而且客户群都是PLC的客 户，所以他的产品就叫PLCIPC+软逻辑：在十几年前美欧的几个专家在这个问题有过一段很长时间的争论，围绕了一 个问题是IPC+软逻辑如何实现才是合理的，因为当时主要有几种声音，一种是 完全反对IPC在控制中的使用，因为显而易见的可靠性问题，包括操作系统的兼 容

41、性与可靠性如何并重。另一种是完全支持IPC在工控中的应用，并认为要使用 标准的PC软硬件，这样才可以使兼容性和开放性的优点充分体现。最后一种是 一种折中的方案，把PLC插入IPC内，做为IPC的一个板卡。在实现上面也有这 么几种方案：方案一：标准操作系统，包括 WINNT（含XP 2000、NT等）、linux、DOS 加软逻辑软件方案二：标准操作系统加PLC卡，这样当电脑死机时控制不会受影响，重启 电脑并不影响PLC同时PLC与PC之间通过共享内存或者双口 RAM1行数据交 互。使其可以有PC的开放性和各种资源同时可以保证控制部分的可靠性。方案三：重新设计的硬件系统如模块化结构再加上软逻辑软

42、件，使其硬可靠 性与PLC完全相同，只是使用了 X86勺CPI和芯片组而已。方案一，在一些特殊的应用场合有一部分市场，主要是在运控、图像、显示 方面有其很大的优点；方案二是一个很保守的做法，但成本方面比较高；方案三 其实已经是一个PLC了。1.5、数控系统数控系统的实现目前也有好几种方案：方案一：通用PLC带数控功能这对于需要逻辑控制又需要相对简单的位置控制的用户来说是一个很好的选 择，无论是成本和开发难易度都有很多优势， 不过通用型的PLC大多没有插补指 令（部分产品有），并且不支持G代码，无法与CAD软件进行无缝联接。方案二：专用的数控系统这种系统有很多使用PLC的平台加DSP加FPGA实

43、现，高档的这种系统可以与 CAD软件无缝联接，从CAD导出来的G代码在经过编辑或者不需要编辑下载到控 制器内就可以做出各种对应的动作出来。该种系统对于多轴联动、插补、G代码均有很强的支撑能力，同时一般带有显示，可以在运行时同步在显示屏上显示运 动的轨迹。方案三：IPC+数控板卡这是国内数控厂商的主要形态，有灵活性高的优点，但很多系统不支持标准 的G代码，而是要用户使用C、C+语言或者VC去编写对应的控制程序，由板卡 厂商提供函数库。当然目前大多数情况下是由数控厂商代用户完成这一部分的编 程。这种开发方式的优点是显而易见的，厂商的开发成本低，灵活度高，但是需 要数控厂商提供相当多的技术支持，如果

44、客户数量多则厂家很难有足够的支持能 力，所以这类厂商大多都希望能开发方案二的数控平台。1.6、楼控楼宇控制可以说是一个很好玩的行业，价格奇高，但功能却不并复杂，所以 现在有很多工程商在使用小点数的 PLC组网代替DDC但在易开发方面相对要差 一些（主要是监控软件），主要是楼宇本身是高利润行业，大家对一个点近千元 的价格并不感到无法承受，只有当楼市价格下降竞争大了才会有可能重视成本方 面。个人认为未来楼控很难作为一个单独的控制器种类存在，而会被其它产品给 吞并，例于PLC1.7、数采数采行业因为受到了 GPRS GSM等业务的影响，正出现一次比较大的变革， 特别是在远距离方面，传统的 MODEM

45、RTU方式正受到很大的冲击，在我们经手 的很多环境监控、管道监控、路灯节能、水文监控方面很少有客户能经受 GPRQTU 的诱惑。DTU的基于网络和透明通信方式深受大家的喜爱，只是目前DTU的价格相对而言还是比较高，如果能掉到 GSMMODE的价格就比较合适了。除此之外移 动对于数据业务的支持还是不够，早期还可以用神州行卡，现在已全部关闭了， 只能用全球通，而全球通每月50元的月租实在让人很恼火，一个城市的路灯节能 控制器如果全部上GPRS假设有1000个点，那么每个月就需要5万元的开支，还 不包括流量的收费，对于公共事业这还算好，对于工厂或者电梯的监控就很难受 了。无论如何GPRSDTU是一个

46、方向，单节点月费用不超过二十元，单节点价格低 于400元时将是其大行其市的日子。2、未来的控制系统前面讲了这么多历史，下面看看我心目中的未来控制器。经过FCS和现场总线的浪潮后，各大公司好像都累了，这几年大家都在底头 为下一代的控制器做各种研发和准备（包括理论和实践），在这个过程中，我们 与东芝、AB思博等公司进行了比较深入的合作和交流同时也有了一些自己的想 法：我认为将来的控制器将会分为以下三类：第一类：单芯片控制器：单点价格在10元左右，支持可编程，可以带现场总线或者网络。只需要加上 很少的外部电路就可以实现一个可编程控制器的功能。 从某种意义上来说这将会 改变未来的硬件研发方式，大多数的

47、研发工程师将不用 C语言开发产品，而会使 用图形化的软件开发，工程师与底层的联系越来越远，软件的模块化、图形化、 表格化将是一种趋势。德维森的V60系列可编程智能继电器产品无疑是这种方案的一个实行者，不 需要太多复杂功能，成本要相当低，联网功能可选，这样少点数的PLC将是一种 比较现实的产品。这一部分的产品目前已经有很多国内外的厂商在做这一方面的研发工作，最 大的一个问题在于取舍，那一部分功能是不需要的，那一部分成本是可以减下来 的，是否能很清晰的定义和标准化这类产品， 使其变成一个和低压电器类似的常 规电器，并可以结合FCS的思想把这类产品做到未来的智能家居中去， 这样一方 面量可以足够支撑

48、成本的下降，也可以加速这种小控制器的标准化。很多朋友可能会想到万可的产品，万可的产品现在价格并不存在这种优势， 同时过分的分离使其成本很难达到要求。个人认为这一部分的产品需要一个比较长时间的标准化和一个大的市场的冲 击，个人认为可能是在下一代的智能家居方面， 很多朋友都找我谈过可不可能做一个很低成本的带无线通信的很少点数的可编程控制器，用于智能家居和智能楼 宇方面，但我一直忙于现有产品的研发和市场推广工作， 无力再去开辟一个新战 场。当然我相信在国内控制器研发日益成熟的今天很快就会有人把这种产品开发 出来，需要注意的是基于网络变量的编程软件对于这个行业是不可少的。未来每个灯或每一组灯带一个可编

49、程控制器将不是梦想，我想在未来的三五 年之内将可以看到这一类产品的大放异彩。第二类：多控制系统的通用平台：在一个小体积的前提下，有 PLG DCS IPC、数控等多种控制器，各种控制 器之间可以通过光纤或者超高速的串行总线也可以是背板进行互通，大家可以共享数据和信息。I0模块通过串行总线或者背板与 CPUS行交互。这种结构必需是一种积木式的结构，大家可以在统一的结构和平台上按自己 的需要选择不同价格和功能的控制器、IO模块，比方说你使用的环境是设备控 制，不需要复杂的运算，你就可以只选用 PLC单元，而半年后，如果用户需要增 加历史数据库和监控，那么用户可以买一个PC单元加入现有的控制系统，并

50、通过一些设置和编程从而可以实现他需要的功能，而不需要在边上加一个电脑，当 然这个PC单元是模块化结构的而不是通常的IPC。这种控制系统核心是数据的交互和共享，这包括编程环境的整合和开发工具 的完备，同一个变量必需在不同的控制器内是同样的数据结构，比方说变量A是由PLC产生的，但DCS和 PC端也需要使用，那么应该可以在同一个集成的开 发环境内可以从DCS的程序中看到同样的变量 A,同时在PC端的数据库和HMI 软件上可以使用到变量 A。另外PC上的分析软件和优化软件也可以在同一个开 发环境内对控制系统的工艺和算法进行寻优。PAC是当前这种发展的一个子集，我个人更希望PA在PC方面的功能加强,

51、真正突显出用户方便使用的开放的接口， 而不是纯宣传的功能，因为那样才能显 示出一个新品种的特点来，否则与传统的软PLC并无二样，就变成了一个纯口号 了。这种多控制系统的通用平台是一场软件的革命，从硬件角度来说，目前已有 相当多的控制系统是带有这些特性的，比方说东芝公司的未世代综合控制器等， 他们在同一个背板总线上可以插入三种不同的控制器，分别是PLC DCS PC在软件方面他们也做了相当多的工作， 使其可以很方便的进行跨控制器交互。 但 软件方面的交互和工具的完备需要一个较长的发展时间，大家可以拭目以待。说到东芝公司，日本人的团结使我感到吃惊，目前多家日系的控制器厂商拥 有一个共同的控制系统研

52、究所，这个研究所开发出来的平台和软件可以供这几家 公司共同使用，东芝的负责控系统开发的苋总工也是一位相当有远见的专家，与其多次交流均很受益。特别需要注意的是苋先生、德国infoteam的布兰德博士和KW的老总都是白发苍苍的长者，让人感到敬佩的是这几位长者对于技术的执 着和深入，而国内我见到很多小伙子二十几岁就开始担心到三十岁还能不能干技术，是不是要换行做管理或者市场。其实工控就像酒一样，时间越长越有味，在 中国老一辈还在前线的工程技术人员少的原因主要是因为文革和改革开放初期 的全民皆商给破坏掉了，如果不出意外，我想本人到60岁都还会对技术充满兴趣。第三类：专用控制器：我和一位朋友做过一次总结，

53、单一厂商单一种产品或装备，如果年产量超过 1000台，都会有人开发专用控制器，这不是悲观，而是因为成本和竞争造成的， 比方说注塑机，在以前大多使用 PLC而现在大部分都使用专用的控制器。再比 方说回流焊，这以前是西门子 S7-200的传统市场，一套PLC加一个PC现在相 当多的厂商在用亚当温控模块或者IPC加板卡的方式做各种尝试，同时已经有不 少厂商用单片机开发了专用的控制器。 再比方说电梯，这是三菱传统的市场，现 在被专用控制器挤掉了一大半的市场，这只是说这几个行业成熟了标准了。但是目前的专用控制器实现方式也有其局限性，如果这个行业的产品都是标 准化的，用户没有多少非标需要，那么问题不大，可

54、是如果有需要客制化做改动 的，那么选择专用控制器就不是太适合了。这就是矩形科技推崇的利用通用可编程平台开发专用控制器，也就是用PLC的平台开发专用控制器，这样成本和单片机差不多，却可享受PLC可编程优势，对用户的需要可以进行各种修改，同时还可享受PLC标准的各种接口，比方说网 络、通信、数控等，而不需要再去重新开发这些功能。更重要的它的结构是按装 备生产厂商需要设计的，可以带液晶或者数码管的显示，用户不需要硬件和多余 的点数都被去掉。成本方面比通用的 PLC更有竞争力。目前矩形科技有三个开发平台，一个是中型PLC平台，一个是V80小型PLC平台，另一个是V6C可编程继电器平台（软PLQ0中型P

55、LC目前已在相当多的钢 铁、石化、电力、造纸行业应用，而小型 PLCV8平台将目益向高端前进，目前 的功能和性能已可与国外任一家的功能相比美，更在70多个不同的行业得到广泛 的应用，特别是新版本软件出来的，使用变得更加方便和强大，大家有兴趣的可 以来电试用，V60是个全新的低成本的微型 PLC性价比相当高，目前主要是 在水泵行业使用，用来做智能继电器是最合适不过了。同时我们正在开发下一代 的大中小型共用的PLC平台N系列，这个平台将会彻底改变人们对 PLC的认识， 也将会使PLC在更多的行业得到使用。3、结束语：我认为自动化行业可以粗分为三个层面，第一个层面是理论层面，各高校和 研究院所的科学

56、家们接承数理化的发展对自动化行业进行归纳和引导，国内这个层面的专家与实践有些脱钩，各高校的同志可能会发现这一点，这个层面是数理 化在自动化行业的融合。第二个层面是应用层面，通过选取各家的控制系统针对 特定的行业，结合特定的工艺进行工程应用，目前国内相当缺乏有跨行业能力能 为行来自动化应用提出归纳性意见的专家， 这个层面是行业工艺与自动化技术的 融合。第三个层面是控制系统的生产和研究厂商，矩形科技就处于这个层面，这个层面是电子、软件与自动化行业的融合。纵横三个层面需要大家更多的合作和 支持，只有三个层面得到很好的交流和支撑才能使中国的自动化真正的走好走同时未来的控制系统最主要的工作在于软件和标准化方面，如何打破各大工 控厂商和各大利益集团的壁垒是很困难的事情，希望不要像IEC61158-样十五年出来一个完全无用的标准。在这一方面中国的厂商有其先天的优势， 因为是后