基于LINUX的開放式結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)

 1．系統(tǒng)組成

   該系統(tǒng)是一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)PC硬件平臺和LINUX與RTLinux結(jié)合的軟件平臺之上，設(shè)備驅(qū)動(dòng)層采用現(xiàn)場總線互連、與外部網(wǎng)絡(luò)或INTRANET采用以太網(wǎng)連接，形成一個(gè)可重構(gòu)配置的純軟件化結(jié)合多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高檔開放式結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)平臺。

   該平臺數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行于沒有運(yùn)動(dòng)控制卡的標(biāo)準(zhǔn)PC硬件平臺上，軟件平臺采用LINUX和RTLINUX結(jié)合，一些時(shí)間性要求嚴(yán)的任務(wù)，如運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、加減速控制、插補(bǔ)、現(xiàn)場總線通訊、PLC等，由RTLINUX實(shí)現(xiàn)，而其他一些時(shí)間性不強(qiáng)的任務(wù)在LINUX中實(shí)現(xiàn)，詳見圖軟件結(jié)構(gòu)框圖。

    基于標(biāo)準(zhǔn)PC的控制器與驅(qū)動(dòng)設(shè)備和外圍I/O的連接采用磁隔離的高速RS422標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線，該總線每通道的通訊速率為12Mbps時(shí)，采用普通雙絞線通訊距離可達(dá)100米。主機(jī)端為PCI總線卡，有四個(gè)通道（實(shí)際現(xiàn)只用兩個(gè)通道-一個(gè)通道連接機(jī)床操作面板，另一通道連接設(shè)備及I/O），設(shè)備端接口通過DSP芯片轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電動(dòng)機(jī)控制信號。每個(gè)通道的控制節(jié)點(diǎn)可達(dá)32個(gè)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)同步聯(lián)動(dòng)）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(dá)256點(diǎn)），PLC的總點(diǎn)數(shù)可達(dá)2048點(diǎn)（可參見圖現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）。

2、系統(tǒng)主要特點(diǎn)：

（1）控制器具有動(dòng)態(tài)地自動(dòng)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(jī)床和設(shè)備的數(shù)控要求，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)可配數(shù)字伺服、模擬伺服和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；

（2）網(wǎng)絡(luò)功能。通過以太網(wǎng)（不用過時(shí)的、價(jià)格昂貴，缺乏廣泛的支持MAP協(xié)議）實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)與車間網(wǎng)絡(luò)或INTRANET/INTERNET的互連，利用TCP/IP協(xié)議開放數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)部數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)和外部網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)數(shù)據(jù)和機(jī)床操作數(shù)據(jù)的管理功能、遠(yuǎn)程故障診斷和監(jiān)視功能；

（3）系統(tǒng)除具有標(biāo)準(zhǔn)的并口、串口（RS232）、PS2（鍵盤、鼠標(biāo)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(fēng)格，通過水平和垂直兩排共18個(gè)動(dòng)態(tài)軟按鍵滿足不同加工工藝機(jī)床的操作要求，用戶可通過配置工具對動(dòng)態(tài)軟按鍵進(jìn)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(shù)應(yīng)用于機(jī)床的操作、使用、培訓(xùn)和故障診斷，提高機(jī)床的易用性和可維性，降低使用成本。多媒體技術(shù)提供使用操作幫助、在線教程、故障和機(jī)床維護(hù)向?qū)В?br />
（6）具有三維動(dòng)態(tài)加工仿真功能；利用OpenGL技術(shù)提供三維加工仿真功能和加工過程刀具軌跡動(dòng)態(tài)顯示；

（7）具有Nurbs插補(bǔ)和自適應(yīng)Look ahead功能，實(shí)現(xiàn)任意曲線、曲面的高速插補(bǔ)。輸出電動(dòng)機(jī)控制脈沖頻率最高可達(dá)4MHz（采用直接數(shù)字合成DDS IC實(shí)現(xiàn)），當(dāng)分辯率為0.1mm時(shí)，快進(jìn)速度可達(dá)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(dá)500ms（控制6軸，PENTIUM  = 3 \* ROMAN III以上 CPU），PLC掃描時(shí)間小于2ms；

（9）PLC編程符合國際電工委員會(huì)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(jī)（SBC），加強(qiáng)軟硬件可靠性措施，保證數(shù)控系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間（MTBF）達(dá)到20000小時(shí)；

（11）符合歐洲電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)（Directive 89/336/EEC）4級要求；

（12）數(shù)控系統(tǒng)本身的價(jià)格（不包括伺服驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)機(jī)）可為現(xiàn)有同功能的普及型和高檔數(shù)控系統(tǒng)的1/2。