基于LINUX的開放式結構數(shù)控系統(tǒng)組成及特點

1．系統(tǒng)組成
    該系統(tǒng)是一個基于標準PC硬件平臺和LINUX與RTLinux結合的軟件平臺之上，設備驅動層采用現(xiàn)場總線互連、與外部網(wǎng)絡或INTRANET采用以太網(wǎng)連接，形成一個可重構配置的純軟件化結合多媒體和網(wǎng)絡技術的高檔開放式結構數(shù)控系統(tǒng)平臺。
    該平臺數(shù)控系統(tǒng)運行于沒有運動控制卡的標準PC硬件平臺上，軟件平臺采用LINUX和RTLINUX結合，一些時間性要求嚴的任務，如運動規(guī)劃、加減速控制、插補、現(xiàn)場總線通訊、PLC等，由RTLINUX實現(xiàn)，而其他一些時間性不強的任務在LINUX中實現(xiàn)，詳見圖軟件結構框圖。

   
    基于標準PC的控制器與驅動設備和外圍I/O的連接采用磁隔離的高速RS422標準現(xiàn)場總線，該總線每通道的通訊速率為12Mbps時，采用普通雙絞線通訊距離可達100米。主機端為PCI總線卡，有四個通道（實際現(xiàn)只用兩個通道-一個通道連接機床操作面板，另一通道連接設備及I/O），設備端接口通過DSP芯片轉換成標準的電動機控制信號。每個通道的控制節(jié)點可達32個，每個節(jié)點可控制1根軸（通過通訊協(xié)議中的廣播同步信號使各軸間實現(xiàn)同步聯(lián)動）或一組模擬接口（測量接口，系統(tǒng)監(jiān)控傳感器接口等）或一組PLC I/O（最多可達256點），PLC的總點數(shù)可達2048點（可參見圖現(xiàn)場總線網(wǎng)絡拓撲結構）。

   
2、系統(tǒng)主要特點：
（1）控制器具有動態(tài)地自動識別系統(tǒng)接口卡的功能，系統(tǒng)可重配置以滿足不同加工工藝的機床和設備的數(shù)控要求，驅動電動機可配數(shù)字伺服、模擬伺服和步進電動機；
（2）網(wǎng)絡功能。通過以太網(wǎng)（不用過時的、價格昂貴，缺乏廣泛的支持MAP協(xié)議）實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)與車間網(wǎng)絡或INTRANET/INTERNET的互連，利用TCP/IP協(xié)議開放數(shù)控系統(tǒng)的內部數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與生產管理系統(tǒng)和外部網(wǎng)絡的高速雙向數(shù)據(jù)交流。具有常規(guī)DNC功能（采用百兆網(wǎng)其速率比傳統(tǒng)速率為112K的232接口 DNC快將近一千倍）、生產數(shù)據(jù)和機床操作數(shù)據(jù)的管理功能、遠程故障診斷和監(jiān)視功能；
（3）系統(tǒng)除具有標準的并口、串口（RS232）、PS2（鍵盤、鼠標口）、USB接口、以太網(wǎng)接口外，還配有高速現(xiàn)場總線接口（RS422）、PCMCIA IC Memory Card（Flash ATA）接口、紅外無線接口（配刀具檢測傳感器）；
（4）顯示屏幕采用12.1寸 TFT-LCD。采用統(tǒng)一用戶操作界面風格，通過水平和垂直兩排共18個動態(tài)軟按鍵滿足不同加工工藝機床的操作要求，用戶可通過配置工具對動態(tài)軟按鍵進行定義。垂直軟按鍵可根據(jù)水平軟按鍵的功能選擇而改變，垂直菜單可以多頁。
（5）將多媒體技術應用于機床的操作、使用、培訓和故障診斷，提高機床的易用性和可維性，降低使用成本。多媒體技術提供使用操作幫助、在線教程、故障和機床維護向導；
（6）具有三維動態(tài)加工仿真功能；利用OpenGL技術提供三維加工仿真功能和加工過程刀具軌跡動態(tài)顯示；
（7）具有Nurbs插補和自適應Look ahead功能，實現(xiàn)任意曲線、曲面的高速插補。輸出電動機控制脈沖頻率最高可達4MHz（采用直接數(shù)字合成DDS IC實現(xiàn)），當分辯率為0.1mm時，快進速度可達24米，如有需要可輸出更高的頻率），適合于高速、高精度加工；
（8）伺服更新可達500ms（控制6軸，PENTIUM  = 3 \* ROMAN III以上 CPU），PLC掃描時間小于2ms；
（9）PLC編程符合國際電工委員會IEC-61131-3規(guī)范，提供梯形圖和語句表編程；
（10）采用高可靠性的工控單板機（SBC），加強軟硬件可靠性措施，保證數(shù)控系統(tǒng)的平均無故障時間（MTBF）達到20000小時；
（11）符合歐洲電磁兼容標準（Directive 89/336/EEC）4級要求；
（12）數(shù)控系統(tǒng)本身的價格（不包括伺服驅動和電動機）可為現(xiàn)有同功能的普及型和高檔數(shù)控系統(tǒng)的1/2。