嵌入式网络数控系统和技术

文/张琳吝

为了能够满足当今社会对机械产品大幅增加的需求，数控技术开始迅速发展，并得到了广泛应用。而传统的数控技术并不能完全满足社会生产的需要，对此，通过嵌入式网络技术对传统数控系统进行优化，提高其运算能力成为了当前亟待解决的重要课题。计算机中的电子元件相对处于各自独立的状态，故在进行数控操作时可以通过逻辑电路的不同排列方式进行数控计算。据此我们可以看出，对计算机的运算方式进行优化是实现数控优化的基础。因此，利用嵌入式网络的应用来提高数控系统的运行效率具有较强的实践意义。

1 嵌入式系统概述

1.1 嵌入式系统模型

嵌入式系统主要基于计算机系统进行构建，其系统模式包含了多元化的电子系统。我们对嵌入式系统进行分析之后可以发现，即使目标系统不是电子系统，也同样能够在该系统中得到较好的模拟效果，因而诸多大型系统均较常采用嵌入式系统进行构建。而在这样的系统中，系统和外界之间也可以进行更好的信息传递与互换。不仅如此，嵌入式系统也可以充分发挥自身的优势，从而对其他系统的正常运行创造条件。无论是信号的输入还是输出都可以通过嵌入式系统得到较大的帮助。由此我们可以看出，将计算机技术与嵌入式系统技术相结合，除了可以有效的控制机电设备运转，同时也可以使得计算机的各个处理器的运作效率得到明显提升，从而使网络服务能够正常运行。正因如此，嵌入式系统也被称为嵌入式网络数据运行系统。当前常见的嵌入式系统模型具体如图1所示。

1.2 嵌入式系统的可重构能力

一般来说，一个能够有效处理各种数据，并对外界的各种指令进行响应、反馈的中央处理器对于嵌入式系统而言极为重要。如果人们想要构建一个完备的嵌入式系统，则必须以这一观念为基础，并结合计算机技术来实现。而这样构建的嵌入式系统在可编写功能上具有较强的优势，并且对中央处理器的负荷并不是很大，处理器的使用寿命将会大幅延长，性能也可以长时间保持较高的状态，因而处理数据的速度也相对较快。除此之外，由于系统软件对整个系统进行控制，可以让系统具备一定的重构能力，当系统内资源充沛时便可以实现嵌入式系统平台得以重构，并且应用到多种不同的复杂环境中。这里所说的重构实质上便是指系统资源的重复利用与共享，如果嵌入式系统的电子元件中不包括FPGA，则仅可以通过软件的重复工作来实现重构；但是在FPGA出现之后，系统内需要得到应用与共享的资源便会以文件的形式得到保存，方便系统对其进行调度以及使用者进行使用，从而达到系统硬件的强化目的。总而言之，嵌入式系统具有较强的可重构能力，这不仅能够帮助系统中的硬件、软件正常工作，还能够极大程度上提升计算机系统的运算能力与控制能力，实现控制能力的大幅提升。

图1：嵌入式系统结构示意图

2 嵌入式网络数控系统实现技术

2.1 嵌入式网络数控系统的硬件构建

从硬件角度来进行分析，嵌入网络数控系统一般需要由数个嵌入式系统结构共同构成，同时各个系统结构需要协作满足嵌入式网络数控系统整体所应当具有的数控、管理以及显示等功能，进而达成使用者与计算机系统之间交互工作。由于恰如是网络数控系统使得数控系统更加实用，人们可以通过对操控代码进行收集整理与分析翻译，进而更好的对系统中可能存在的故障进行排查。同时，嵌入式网络数控系统也可以和外部网络进行连接，从而对系统的运行进行控制。和传统的数控系统相比，通过各类输入装置可以更好的达成人机之间的交互。当使用者输入相关的指令和数据之后，系统便会执行相应的操作，进入工作状态。系统中的各类硬件，如插补器、间隙补偿器等，可以协助提升嵌入式网络数控系统的运算能力，而嵌入式数控系统中的PLC系统则可以实现对嵌入式网络数控系统的逻辑控制功能进行优化与完善；速度控制器、位置伺服控制器等可以对数控设备各个部分的运行、动作等进行调整，更加精确的实现数控加工操作，并且机械加工过程可以通过网络平台进行实时观测。其中，对数控加工设备的远程监控也可以在数字计算机控制系统进行观测，尤其是对于嵌入式网络数控系统而言，其系统的线路一般都是在数字计算机控制系统中进行操控，利用相应的线路便可以有效控制数控加工设备的特定组件与PLC系统进行连接，从而实现对加工设备的数字化控制。总而言之，无论是嵌入式系统还是计算机控制系统，都可以对数控加工设备进行较好的控制。尤其是在网络技术已经应用到数控操作的环境下，嵌入式网络数控系统兼具了二者的优势，使数控加工设备远程操控的实现具备现实可行性。

2.2 嵌入式网络数控系统的软件构建

在对嵌入式网络数控系统进行构建时，除了需要注重硬件设施之外，对软件的设计也至关重要。通过对嵌入式网络数控系统的功能需求进行分析可以得出结论，该系统的软件需要由控制程序、伺服运动控制软件等多个部分组成。为了能够满足软件之间具有较好的兼容性，在选择相应程序时需要注意各个程序之间的接口需要统一，以支持数据传递、处理等工作能够正常运行。同时，PLC单元以及数控单元是嵌入式网络数控系统软件中的重要组成部分，也是实现系统功能的关键步骤。一般在软件研发过程中，会生成具有自动化工程的软件，从而可以直接下载并使用。除此之外，数控系统的定义模块需要在应用编译语言时能够对符合数据要求的组件进行选择，并在嵌入式网络数控系统的运行下实现相应功能，从而满足使用者的各项需求。在某些特定的条件下，数控系统软件可以自行生成，在进行下载之后，数控系统软件和嵌入式网络数控系统可以较好的匹配，功能和运行上不会出现较为严重的冲突。

3 嵌入式网络数控系统的实际应用

在确定了嵌入式网络数控系统的构建过程之后，便可以以此为依据，对嵌入式网络数控系统的实际应用进行设计与分析。一般来说，在嵌入式网络数控系统实际应用的过程中需要注意如下几点：

3.1 中央数控单元的选择

一般来说，嵌入式网络数控系统在应用过程中会选用ARM处理器与DSP处理器连用的方式。之所以选择这种处理器结构，是因为这两类处理器之间可以通过串口来完成数据交换的过程，并且具备一定的软件调试功能。其中，DSP处理器在控制器局域网络的驱动下可以通过接口与总线进行连接，并有效提高数据传输的速率。DSP处理器中的通用定时器可以产生脉冲信号，该类信号作为进给量可以经由处理之后转变为操纵加工设备的进给信号，从而实现对数控加工设备的操控。而ARM处理器则为操作系统提供较好的运行环境，使数控的主程序得以在处理器上运行，同时与外部设备相连接，实现人机交互的功能。

3.2 人机交互模块的设置

对于嵌入式网络数控系统而言，需要设置并构建较为实用的人机交互模块来提高对数控加工设备的控制能力。一般来说，该模块需要满足两点：

（1）使用者向系统的数据传递，此时便需要在系统的外部设备中添置键入设备，以帮助使用者下达各项操作指令，进而使系统做出相应的反应，实现数控机床的加工工作；

（2）系统向使用者的数据传递，此时需要在系统的外部设备中添置显示设备，以帮助使用者更好的了解当前系统的工作状态，从而对所要下达的指令进行实时调整，维护数控加工设备的正常高效率工作。

4 结语

相较于传统的网络数控技术而言，嵌入式网络数控系统的实用性更强，且能够更好的适用于多种数控加工设备，同时在进行数控加工控制的过程中也能够提高数控加工工作的效率，降低加工成本。因此，在当前需要着重发展嵌入式网络数控技术，使之能够更好地投入到实际生产活动中。