開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)所具有的主要特點(diǎn)

    1．軟件化數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)核擴(kuò)展了數(shù)控系統(tǒng)的柔性和開(kāi)放性，降低了系統(tǒng)成本。
    隨著計(jì)算機(jī)性能的提高和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的應(yīng)用，軟件化NC內(nèi)核將被廣泛接受。它使得數(shù)控系統(tǒng)具有更大的柔性和開(kāi)放性，方便系統(tǒng)的重構(gòu)和擴(kuò)展，降低系統(tǒng)的成本。數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制內(nèi)核要求有很高的實(shí)時(shí)性（伺服更新和插補(bǔ)周期為幾十微秒～幾百微秒），其實(shí)時(shí)性實(shí)現(xiàn)有兩種方法：硬件實(shí)時(shí)和軟件實(shí)時(shí)。
    在硬件實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)上，早期DOS系統(tǒng)可直接對(duì)硬中斷進(jìn)行編程來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性，通常采用在PC上插NC I/O卡或運(yùn)動(dòng)控制卡。由于DOS是單任務(wù)操作系統(tǒng)，非圖形界面，因此在DOS下開(kāi)發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)功能有限，界面一般，網(wǎng)絡(luò)功能弱，有專(zhuān)有硬件，只能算是基于PC化的NC，不能算是真正的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，如華中I型，航天CASNUC901系列，四開(kāi)SKY系列等；Windows系統(tǒng)推出后，由于其不是實(shí)時(shí)系統(tǒng)，要達(dá)到NC的實(shí)時(shí)性，只有采用多處理器，常見(jiàn)的方式是在PC 上插一塊基于DSP處理器的運(yùn)動(dòng)控制卡，NC內(nèi)核實(shí)時(shí)功能由運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)，稱(chēng)為PC與NC的融合。這種方式給NC功能帶來(lái)了較大的開(kāi)放性，通過(guò)Windows的GUI可實(shí)現(xiàn)很好的人機(jī)界面，但是運(yùn)動(dòng)控制卡仍屬于專(zhuān)有硬件，各廠家產(chǎn)品不兼容，增加成本（1-2萬(wàn)元），且Windows系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，不適合于工業(yè)應(yīng)用（WindowsNT工作較穩(wěn)定）。目前大多宣稱(chēng)為開(kāi)放式的數(shù)控系統(tǒng)屬于這一類(lèi)，如功能非常強(qiáng)大的MAZAK的Mazatrol Fusion 640，美國(guó)A2100，Advantage 600，華中HNC-2000數(shù)控系統(tǒng)等。
    在軟件實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)上，只需一個(gè)CPU，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，成本低，但必須有一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)根據(jù)其響應(yīng)的時(shí)間可分為硬實(shí)時(shí)（Hard real time，小于100微秒），嚴(yán)格實(shí)時(shí)（Firm real time小于1毫秒）和軟實(shí)時(shí)（Soft real time，毫秒級(jí)），數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)核要求硬實(shí)時(shí)�，F(xiàn)有兩種方式：一種是采用單獨(dú)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)如QNX，Lynx，VxWorks和WindowsCE等，這類(lèi)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)比較小，對(duì)硬件的要求低，但其功能相對(duì)Windows等較弱。如美國(guó)Clesmen大學(xué)采用QNX研究的Qmotor系統(tǒng)；另一種是在標(biāo)準(zhǔn)的商用操作系統(tǒng)上加上實(shí)時(shí)內(nèi)核，如WindowsNT加VenturCOM公司的RTX和Linux加RTLinux等。這種組合形式既滿(mǎn)足了實(shí)時(shí)性要求，又具有商用系統(tǒng)的強(qiáng)大功能。LINUX系統(tǒng)具有豐富的應(yīng)用軟件和開(kāi)發(fā)工具，便于與其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通訊和數(shù)據(jù)共享，可靠性比Windows系統(tǒng)高，LINUX系統(tǒng)可以三年不關(guān)機(jī)，這在工業(yè)控制中是至關(guān)重要的。目前制造系統(tǒng)在WINDOWS下的應(yīng)用軟件比較多，為解決Windows應(yīng)用軟件的使用，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接前端PC擴(kuò)展運(yùn)行WINDOWS應(yīng)用軟件，既保證了系統(tǒng)的可靠性又達(dá)到了已有軟件資源的應(yīng)用。WindowsNT+RTX組合的應(yīng)用較成功的有美國(guó)的OpenCNC和德國(guó)的PA公司（自己開(kāi)發(fā)的實(shí)時(shí)內(nèi)核），這兩家公司均有產(chǎn)品推出，另外SIMENS公司的SINUMERIK® 840Di也是一種采用NT操作系統(tǒng)的單CPU的軟件化數(shù)控系統(tǒng)。Linux和RTLinux是源代碼開(kāi)放的免費(fèi)操作系統(tǒng)，發(fā)展迅猛，是我國(guó)力主發(fā)展的方向。
    2．?dāng)?shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)和數(shù)字I/O（PLC的I/O）連接的發(fā)展方向是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)
    傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和PLC I/O與控制器是直接相連的，一個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)至少有11根線(xiàn)，當(dāng)軸數(shù)和I/O點(diǎn)多時(shí)，布線(xiàn)相當(dāng)多，出于可靠性考慮，線(xiàn)長(zhǎng)有限（一般3-5米），擴(kuò)展不易，可靠性低，維護(hù)困難，特別是采用軟件化數(shù)控內(nèi)核后，通常只有一個(gè)CPU，控制器一般在操作面板端，離控制箱（放置驅(qū)動(dòng)器等）不能太遠(yuǎn)，給工程實(shí)現(xiàn)帶來(lái)困難，所以一般PC數(shù)控系統(tǒng)多采用一體化機(jī)箱，但這又不為機(jī)床廠家和用戶(hù)接受。而現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)用一根通訊線(xiàn)或光纖將所有的驅(qū)動(dòng)和I/O級(jí)連起來(lái)，傳送各種信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)的智能化控制。這種方式連線(xiàn)少，可靠性高，擴(kuò)展方便，易維護(hù)，易于實(shí)現(xiàn)重配置，是數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展方向�，F(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)中采用的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)有PROFIBUS（傳輸速率12Mbps），如Siemens 802D等；光纖現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)SERCOS（最高為16Mbps，但目前大多系統(tǒng)為4Mbps），如Indramat System2000和北京機(jī)電院的CH-2010/S，北京和利時(shí)公司也研究了SERCOS接口的演示系統(tǒng)；CAN現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，如華中數(shù)控和南京四開(kāi)的系統(tǒng)等，但目前基于SERCOS和PROFIBUS的數(shù)控系統(tǒng)都比較貴。而CAN總線(xiàn)傳輸速率慢，最大傳輸速率為1Mbps時(shí)，傳輸距離為40米。
    3．網(wǎng)絡(luò)化是基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的E-Manufacturing對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的必然要求。
    傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一、有效和高速的通道與其他控制設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行互連，信息被鎖在“黑匣子”中，每一臺(tái)設(shè)備都成為自動(dòng)化的“孤島”，對(duì)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化和信息化發(fā)展是一個(gè)障礙。CNC機(jī)床作為制造自動(dòng)化的底層基礎(chǔ)設(shè)備，應(yīng)該能夠雙向高速地傳送信息，實(shí)現(xiàn)加工信息的共享、遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷和網(wǎng)絡(luò)制造，基于標(biāo)準(zhǔn)PC的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)可利用以太網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的融合，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)信息和管理信息的集成以及加工過(guò)程監(jiān)控，遠(yuǎn)程制造、系統(tǒng)的遠(yuǎn)程診斷和升級(jí);在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方面，制造自動(dòng)化協(xié)議MAP（Manufacturing Automation Protocol）由于其標(biāo)準(zhǔn)包含內(nèi)容太廣泛，應(yīng)用層未定義，難以開(kāi)發(fā)硬件和軟件，每個(gè)站需有專(zhuān)門(mén)的MAP硬件，價(jià)格昂貴，缺乏廣泛的支持而逐漸淡出市場(chǎng)�，F(xiàn)在廣為大家接受的是采用TCP/IP INTERNET協(xié)議，美國(guó)HAAS公司的Creative Control Group將這一以太網(wǎng)的數(shù)控網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為DCN（Direct CNC Networking）。數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)功能方面，日本的MAZAKA公司 的Mazatrol Fusion 640系統(tǒng)有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、管理和設(shè)備故障診斷等。