浅谈基于PC的开放式数控系统

王信 伍倪燕

摘 要：面对经济全球化、市场国际化、制造区域化、加工精益化的发展大趋势，开放式数控系统的出现能较好的在技术生产、市场销售、生产组织、现场管理和结构管理等多方面为不同的机械制造企业在各种平台上进行交互操纵，并能给用户提供风格一致的交互方式，操作简单实用、运用成效显著。

关键词：网络控制；PC开放式；数控系统

随着经济全球化、市场国际化和加工技术同步化的发展大趋势，制造业必须提升对市场应变能力的反应速度，制造系统将主要面对良好柔性、复合多功能型和加工批量的需求。因数开放式具有重构性、模块化、通用性以及可扩展化的软硬件，进而让其可以比较经济的、迅速的融入相关工作的加工需求；为此，生产厂商就系统集成的可能性作出了决断，可以让产品、技术进行系统集成，进而扩展与增强系统地功用。

1 开放式数控系统

數控系统的开放性概念是20世纪80年代末90年代初全球机床制造商为了让机床制造业在技术生产中能够适应结构管理、市场销售、生产组织多样化而提出来的。在各种不同的企业中使用开放式数控系统，都能在各种平台运行的应用系统中进行实现，并能融入其他数控系统，在其他系统中进行交互操纵，而且拥有相同的用户操作界面。因此，开放式系统是指能够在多种不同的平台上运行，可以和其他系统的应用相互操纵，并能给用户提供风格一致的交互方式的数控系统。简单的说，开放式的CNC系统就是在数控加工设备专用的CNC中融入PC具备的标准化、通用性和开放化等功能。开放式数控系统具有开放性的自身功能又具有开放性的接口，是一个模块化的体系结构。总而言之，开放式CNC系统拥有可移植性、可互操纵性、可互换性和可扩展性等四个特征。所谓可移植性是指CNC系统中的控制机理、交互模型和应用的数据格式在应用中没有变化就可以进行移植，也就是说在整个过程中设备与系统的功能软件对其没有影响，即系统中的所有模块可以用于各个制造商的工作平台。所谓可互操纵性是指不同地模块在 标准化的交互机制、通讯以及接口中进行可互操纵。所谓可互换性是指模块之间在不影响系统的协调运行的情况下进行的交互替换。所谓可扩展性是指CNC系统在不影响工作状态下可以增加软件或硬件构成功能更强的系统，也可以裁减其功能以适应低端应用。

2 基于开放式数控系统地种类

许多相关的研究人员对怎样让传统专用型地封闭式系统变成开放式的数控系统提出了相关的可行性建议。根据开放式的不同层次，开放式数控系统平台主要有PC嵌入NC、NC嵌入PC、纯PC型等三种结构形式，开放效果受开放层的难度、开放层的层次影响，根据其变化而变化。

开放体系结构的解决方案是一种更彻底的、全方位的开放方案，实现了从软件到硬件、从人机操纵界面到底层内核的全面开放。在开放体系结构的标准及一系列规范的指导下，用户可以按需要配置成功能可繁可简、性能可高可低、价格可控、不依靠单一卖方的总成系统。开放式数控系统三种开放途径如图1所示。

3 PC式开放的数控系统的架构

基础构建开放式数控系统硬件平台主要以PC机和运动控制卡为主，具有方便、快捷、高效的优势。用户或生产商只需要根据具体要求，合理选择标准化、模块化运动控制卡产品，选择合理的执行单元模块、PC机和运动控制卡，对硬件系统进行连接，就可以很快的完成开放式地数控系统地硬件平台构建。

在NC嵌入PC型开放式数控系统结构中，程序的处理采用运动控制卡，运动控制具备数字处理功能。当PC执行弱实时或者非实时性任务时，比如在人机界面、输入输出、预备处理、发送指令等方面，都能够进行再次开发设计；植入在运动控制卡上的DSP处理器不需要占用PC地固有资源，专注于补偿处理、速度控制、位置控制、环境控制等实时性任务。同时，参照Windows2000操纵系统的结构，在编程语言方面采用VisualC++作为开发的工具。

基于PC的开放式数控系统灵活性较强，主要体现在具有较强的数据处理能力的运动控制卡上。采用“PC+运动控制卡”的开放式数控系统中，具备数据处理能力的运动控制卡基于PCI总线，利用高性能的DSP处理器，能够有效完成实时性较强的任务，如能够进行插补运算、位置控制、速度控制等。

此外，PC自身的软件和硬件的相关资源还比较丰富，可以有效利用。其中网络化、智能化、高性能的数控系统还有待开发，进而让其更好的适应高自动化、高效率、高速度地控制要求，基于PC的开放式数控系统总体结构框图如图2所示。

参考文献：

[1] 李晓雪.基于PC的开放式数控系统[M].装备制造技术，2007.02.

[2] 梁新平.基于PC的开放式数控系统[J].内江科技，2008.08.

[3] 新一代NC的主流——开放式数控系统（上），机械工艺，中国钢铁百科，2010.

作者简介：王信（1981-），男，学士，研究生学历，助教，数控兼职教师，主要从事机械制造技术、机械制造装备设计、机械设计基础等课程的教学及车床改造、机电一体化等研究开发工作。