嵌入式网络数控技术与系统研究

楚丹妮

摘 要：如今，嵌入式系统有效的应用于家电、汽车、通信等领域。而随着计算机技术和信息技术的不断发展，嵌入式系统将会在社会其他领域取得更为广泛的应用。传统电脑不能达到当今时代系统资源的需求，而且其操作系统也不能够实时控制。而嵌入式网络数控技术和系统不但运算能力强，而且成本低廉，具有很好的扩展性和开放性。本文先介绍了嵌入式网络数控技术模型的特点，再从嵌入式新型网络数控系统体系结构，以及嵌入式数控系统实现方案，具体分析嵌入式网络数控技术和系统。

关键词：嵌入式体系结构；数控技术；网络技术控制

引言：数控技术的发展阶段，从最初的分立元件系统到专用计算机系统，再到目前的通用计算机系统。分立元件系统中，实现数控运算是依靠许多的逻辑电路组合，而这样的系统数控功能全是硬件系统所完成。而专用计算机系统是微处理器技术出现的结果，但它是专为数控设计，全世界只有几家大型的企业才能够开发专用计算机数控系统。直至目前依旧在广泛使用的通用计算机系统虽然各方面都有极强的优势，但却并不能达到实时控制的需求。随着信息网络技术的迅速发展，数控技术开始逐步走向网络化。嵌入式系统是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统”。嵌入式系统的中央处理器可以分为微控器、数字信号处理器以及微处理器。中央处理单元的执行速度快，而且简单丰富，从而提高了嵌入式系统计算能力。嵌入式系统趋于网络化，而且开发工具也逐渐的开始完善。由于嵌入式有着很多的优势条件，被实时状态监控、数字制造等工艺领域广泛使用。

1.嵌入式系统模型的特点

1.1嵌入式系统模型

嵌入式系统可以称为是包含在复杂非电子系统内部的专用电子系统，而这也算是嵌入式系统模型的意义。非电子系统可以拟成为嵌入式系统外部的环境，也叫做被嵌入系统。在一个大的系统之内，一般有许多个嵌入式系统。嵌入式系统可以和外界取得通信的连接。嵌入式系统能够服务于被嵌入系统，当然也是响应于外界的输入，也算是嵌入系统数据自身的响应。

在现代机电控制系统中，主要分为微控制器、传感器、DSP、可重构逻辑、执行器以及中央处理器。它们都是由网络加以控制，所以也称为嵌入式网络数控系统。网络是一种广义的词语，也可以指介质互联的结构，或者是NOC片内网络。

1.2嵌入式系统可重构功能

嵌入式系统内的CPU单元多以精简指令来计算。而相比较微处理机和专用芯片方法，人们需要一种新的方法和技术路线，让其具有微处理机更好的可编程和柔性，以及专用芯片更可靠、速度更快的性能。

软件控制着嵌入式系统的可重构功能。通过使用可重用的资源，重构计算平台，可以适用于不一样的应用需求。可重构最主要的意义是可重用资源，FPGA未出现时，可重构系统基本使用重组的方法，功能部件用重用资源。FPGA出现之后，重用资源利用配置文件的方法，就可以定义每一种线的连接和门的性质，变化硬件的原本功能。广泛的说，这样的功能有着硬软件可重构性。而正是因为嵌入式系统能够剪裁硬软件，有着可重构的功能，才能够实现网络数控技术和系统的设计，也给网络数控系统带来了重用和开放的性能。

2. 嵌入式新型网络数控系统体系结构

2.1嵌入式网络数控硬件体系结构

在整个嵌入式网络数控系统体系之中，总共有好几个嵌入式的系统结构。数控操作与管理系统和显示输入装置相互连接，可以实现人机交互的功能。而且数控操作管理系统能够获取和编译加工代码，检查系统网络的故障。网络数控系统内的以太网络，可以连接外部网络，控制数控系统的调试和运行。而显示和键盘输入装置比数控操作管理系统更能够实现现场的交互，它还能够输入数据和操作的命令，显示加工的状态。

插补器和运动控制器能够实现插补和间隙补偿的运算，将速度控制的信息发送到嵌入式伺服控制器中。而嵌入式PLC能够完善数控系统内的所有逻辑控制，完成PLC的主要功能。速度和位置伺服控制器可以综合的调整加工轴的速度和位置。而系统除了可以使用NC客户端来实现远程监控之外，还可以利用Web浏览器。

系统的线路连接为，NC操作系统用EIA—RS—485线路连接运动控制器。运动控制器用EIA—RS—485线路和嵌入式PLC相联。NC操作系统用以太网来连接TCP/IP协议、全球数字系统。无论是嵌入式还是网络数控系统，都可以实现和工业电脑一样的数控功能。网络数控系统和技术，依靠网络互联，成为在线的控制执行单位，而数控远程控制可以和NC客户联系。

2.2嵌入式网络数控软件体系结构

在嵌入式网络数控软件体系结构中，控制与运算软件是指PLC程序、数控程序以及伺服运动控制软件。而组态软件模块的设计主要是应用于特定的功能。通用性的设计约束开发和标准接口，例如插补计算、运动控制、加工代码编译模块等。

辅助设计系统是为了研究和开发PLC单元、代码、数控单元等。而对于PLC单元、数控单元，以及伺服控制单元，它们都有各自的辅助设计系统。其中，在数控软件的开发系统内，主要分为自动生成软件、下载软件、数控系统定义三部分。

所谓的数控系统定义模块，是利用数控描述语言来描述加工的环境、对象和实现的指标、功能。选择组态软件的版本和嵌入式控制模块的型号。选择嵌入式控制模块的型号，因为硬件模块固然一样，但也会很多种类的型号。从这个意义上来说，选择组态软件版本，也因为每一个功能版本都有着不一样的特定要求和功能结构。数控软件的自动生成，是NCDL描述的数控系统，从而出现最佳匹配和组合的数控软件。下载数控软件，则是将生成数控软件下到同样的嵌入式数控系统内。

2.3 嵌入式新型网络数控系统

这种基于信息资源的新型网络式数控系统，其网络包括多种通信网，从连接控制系统内部现场模块的现场总线网，连接不同的控制系统的车间网，到企业网，互联网，乃至个人通信网。资源信息包括分布在网上的所有计算，软件，加工程序和存储资源。个人通信网也是以网络式数控系统的资源，这是因为个人通信的终端，如收集，PDA等移动设备，都可以作为网络数控人际交互的终端。这种新型的网络式数控系统不是一个将所有功能几乎全部是现在单一计算机上的，相对封闭的控制系统，也不再是一般联网的数控系统。新型网络式数控系统给予网上所有可用信息资源而构建，并充分利用这些资源，实现信息资源共享，这个系统可以充分的利用各种信息资源和先进信息技术。

结束语：嵌入式系统具有高度的普适性特点，能够运用到各类计算机系统中，能够实现与其他软件同时使用，具有很强的兼容性热点，而且，嵌入式系统能够实现对软件和硬件的剪裁作用，可以配合其他软件与硬件的设计，因此，数控软件在结合嵌入式系统之后，就有良好的扩展能力，系统能够时间对硬件运行的模拟，能够对硬件运行环境进行模拟，从而能够实现对计算机硬件的调节，从而确保计算机硬件能够得到更好的开发和使用，而且嵌入式系统比较灵活，能够实现对不同系统的控制，能够被应用与不同的行业中。

参考文献：

[1]于波.嵌入式网絡数控技术与系统[J].黑龙江科技信息，2013（26）：13.

[2]程稳.嵌入式网络数控技术与系统[J].科技与企业，2013（14）：111-112.

[3]寇鹏德.嵌入式网络数控技术与系统[J].科技资讯，2013（19）：9-10.

[4]周祖德，龙毅宏，刘泉.嵌入式网络数控技术与系统[J].机械工程学报，2007（05）：1-7.