基于PC的开放式数控系统研究

摘 要：本文首先对开放式数控系统目前的应用现状及其开放式数控系统的现状和其特征和意义进行了阐述，并在此基础上列举PC数控系统结构与开放式可编程运动控制器构成的数控系统以及全软件式数控系统等进行了介绍，最后分析了开放式数控系统的发展现状及未来趋势。

关键词：计算机数控系统（CNC）；开放式数控系统；系统结构；运动控制；接口；软件化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.141

计算机数控系统是当今先进制造技术的重要组成部分。然而，市面上用于生产加工的数控机床系统的软硬件设置大部分是为某一领域单独设置的系统，在其他领域中是不能使用的，各个系统间的软件信息交流和编写方式也不尽相同，这就造就了各个数控系统生产厂家控制系统的独立自主、互不相容。随着机床先进控制系统和高度发展的制造业，各个行业之间加深了相互交流沟通，现有的数控控制系统则显得相对单一，不能满足现有的社会需求。在当今制造业竞争日益激烈的今天，数控系统已经向信息化和快捷制造的方向发展。目前，由于中国工业化进程加快，数控系统正发生翻天覆地的变化，已由传统的单一、互不相容向开放合同用方向发展。

1 开放式CNC系统

目前，开放式CNC系统的研究取得一系列可喜的成果，由于科技的不断创新与进步，数控系统的应用已不单单局限于生产制造业，很多行业都有所涉猎，处在遍地开花的可喜形式中。尽管开放式数控系同种类繁多，但行内对于开放式CNC系统有自己的定义方式，一般满足以下特点即可判定为开放式CNC系统：

（1）可互操作性：各种功能模块通过接口技术和通讯技术及性相互交流，在搭建的人机操作平台上能够以通用接口形式进行通讯并获得平等的操作权利。（2）可移植性：CNC系统的设备与功能软件是相互独立的，没有必然联系，也就是说系统的功能如主轴的控制，刀具的进给速度都是用通用编程语言编写的，适用于不同厂家生产的机床上，并通过通用接口技术进行再不能机床上运行。（3）灵活设置：可以灵活设置数控系统的功能和规模，使其易于修改，即可以添加更强大的硬件或软件，又可以根据需求适当减少其功能，以适应低端用户需求。（4）兼容性：构成CNC系统的硬件模块区别于传统数控技术，在兼容性上进行创新，不再单单为特定的企业定制，而是支持多单位多语言的编程控制并进行无缝切换，在此基础上不影响整个系统的运转。

1.1 基于PC的开放式数控系统体系结构

近几年，随着有中国工业支柱制成的制造业的迅猛发展，传统的单一、互不相容的数控机床系统已经不能满足制造业对产品的生产需求，越来越多的企业开始研发便于行业交流的通用式数控机床系统，开放式数控机床系统就应运而生了。开放式的数控系统打破了传统的数控机床单独设置的操作系统，而采用了互联网通用的Windows操作系统。高度一致的语言编程和通讯方式及流畅的人机界面感受是开放式数控系统很快被制造业所接受。

醉着工业计算机激活素的不断发展和制造业的不断创新形势下，数控系统已经变得越来越稳定，同时制造原下料价格的会断也导致了配备开放式CNC系统的机床采购价格大为降低。其优越的操作性能和低廉的价格已经使其在数控机床系统中占据主流位置。

1.2 基于PC机与可编程控制器相融合的CNC系统

与工业PLC控制系统相类似，这种控制系统通过单独的运动控制器编写相关程序用以对机床运动以及逻辑的控制，运动控制器常常采用工业计算机插槽插件得以实现。数控的编辑模块以工业计算机为依托，软件采用WINDOWS操作系统，并在功能上进行扩展、兼容。该系统充分发挥了软件的兼容性以及运动控制的实时性，这是当代数控的标志性配置。

1.3 全软件谱写式CNC系统

软件谱写式CNC系统，主要体现在机床运转时的主轴控制以及机床的逻辑控制上采用了基于软件编写的运动控制模块。他不但容纳了数控程序的编写以及和谐的人机界面控制还支持基于实时控制算法的体验功能。与外界通讯主要采用工业总线模式，这种通讯模式与工业PLC通讯模式相类似，是目前的比较先进的操作模式。

2 基于PC的开放式数控系统

当前，针对开放式CNC系统研究总结出以下几种形式：

第一种被称为衍生模式，具体表现为依托工业计算机技术的NC+PC模式， 将控制机器硬件模块前端接口应用PC技术。具体的操作方式是再创痛的操作系统中嵌入一个通用计算机模块，是新的操作系统具备个人PC机的运算特点。这种系统的特点是没有改变原操作系统，通过对部分编写器部分进行插补、伺服控制以及几口技术进行实时控制。

第二种被称为嵌入模式，具体表现为依托工业计算机技术的NC控制卡+PC机。工业计算机作为系统核心技术，通过在工业计算的的拓展槽中嵌入NC控制卡以实现其完备的数控加工功能[4]。组成系统后一般由工业计算机处理线下任务，由插入的NC控制卡完成实时任务的处理。

第三种被称为扩展模式，具体表现为依托工业计算机技术的CNC接口板+PC机。工业计算机作为系统核心技术，通过在不需要改造的工业计算的拓展槽中嵌入CNC接口板以实现其完备的数控加工功能。新的操作系统具备个人PC机的运算特点。这种系统的特点是即能完成接口前端的非实时任务又能通过对部分编写器部分进行插补、伺服控制以及几口技术进行实时控制。

3 Windows系列操作平台

开放式CNC系统采用Windows操作系统和全新人机界面后，系统运转流畅，人机界面和谐，操作简单，兼容性得到大大提升。系统的兼容性决定了系统的适应性，软硬件的升级使得系统运转环境更为丰富；开放式系统引进了适应性极强的控制技术，可根据通讯编程需要自动调节相关参数，使系统时刻运转在最佳状态；采用Windows操作系统可以与网络进行通讯，保证系统与互联网可以实时通讯更新相关资源。

4 结论

开放式CNC系统取代传统的封闭单一式数控系统已经成为必然。随着科学技术的不断进步开放式CNC系统在制造业的应用越来越普及。开放式CNC系统优点明显，相同的编程代码加深了各个领域智造信息的交流沟通。满足了系統柔性制造技术的提出，为未来生产出高品质集成产品奠定了扎实的基础。

参考文献：

[1]游有鹏，董伟杰，张晓峰等.开放式数控系统-新一代NC的主流[J].航空制造术，1999（05）：35-49

[2]郭艳玲，赵万生，董本志等.数控发展的趋势[J].东北林业大学学报，2000（09）：148-150.

作者简介：郭胜德，男，山东寿光人，研究生，研究方向：数控。

指导教师：蔡汉明