关于开放式数控系统的标准化探究

来源:用户上传      作者:

　　摘 要 开放式数控系统建立在一个开放的平台上，具有良好的开放性及能够进行二次开发、可降低生产生本、缩短生产周期等，应用日益广泛。目前国际上开放式数控系统研究的相继开展日益引起国内数控界的重视。基于此，笔者主要结合自身工作实践，简述开放性数控系统的主要功能特点、开放式数控系统标准化技术关键及结合国内主要开放性数控标准化研究计划的成果进行分析。
　　关键词 开放式数控系统;标准化;开放的平台
　　引言
　　封闭式系统由于其体系结构是封闭的，并要求配有专用的系统的硬件模块和软件模块，系统各模块间的交互方式、通讯机制也不相同，这就造成了不同系统之间互不兼容，不同厂家控制系统的相对独立、彼此封闭，这就给用户带来了很多不便，因此产生了对开放式数控系统的需求。目前制约开放式数控系统进一步提升的因素很多，其中最重要的一个方面就是标准化。
　　1 我国的开放式数控标准化研究的简况
　　目前我国对开放式数控系统的相关标准的研究制订也同期展开，由中国机械工业联合会提出，挂靠在北京机床研究所的全国工业机械电气系统标准化技术委员会专门成立了“开放式数控系统（ONC）国家标准制订委员会”，从事我国开放式数控系统的标准研究及制订。
　　经多家研究单位合作研究、起草，制定了GB/T18759.1-2002《机械电气设备开放式数控系统第1部分：总则》该标准规定了开放式控制器的功能特征、系统基本体系结构和通信接口，目前GB/T18759《机械电气设备开放式数控系统》已经分为：总则、体系结构、总线接口与通信协议、硬件平台、软件平台、网络接口与通信协议、通用技术条件合计7部分。
　　笔者在实践工作中有幸参与GB/T18759第七部分通用技术条件的起草，该部分适用于包括金属加工机械、纺织机械、缝制机械、塑料橡胶机械、木工机械等在内的机械电气设备所用的开放式数控系统。该部分明确了该系统的开放程度、硬件平台、软件平台、接口与通信、系统安全、系统环境、系统功能、系统设计与制造等相关技术要求[1]。
　　2 开放式数控系统的功能特点
　　开放式数控系统应用软件构筑与遵循公开性、可扩展性、兼容性原则的系统上的数控系统，使应用软件具备可移植性、可操作性与人机界面的一致性，功能部件模块化、升级容易、可二次开发、能联网通信、可由用户定义接口的软硬件控制系统，功能特点如下：
　　2.1 互换性
　　GB/T18759第七部分通用技术条件说明系统按开放程度应该满足三个层次的要求，①第一层开放：具有可配置功能、开放的人机界面的通信接口及协议;②第二层开放：数控装置在明确固定的拓扑结构下允许替换，增加NC核心中的特定模块以满足用户的特殊要求;③第三层开放：拓扑结构完全可变的“全开放”数控装置，ONC实现重构。数控装置的开放性不是没有限制、毫无约束的，必须符合一定的标准。通过制定统一的标准来开发具有标准化的API接口，使任意一个厂家按照标准开发的功能模块具有互换性，并其在整个过程中不影响系统的整体协调运行。
　　2.2 可移植性
　　开放式数控系统要求软件具有移植性，可移植性功能的实现使得系统平台运营更加流畅。软件的移植性体现在软件运行与平台无关，这样运用统一的数据模式和相应的运转机制，完成过程中的优质对接，为功能软件模块的替代、裁剪和重组创造了条件，利于用户通过标准的API接口的二次开发。
　　2.3 网络通信功能
　　开放式系统的特征具有丰富的网络功能，提供远程监控、远程诊断、远程维护及网络DNC功能等。具备符合通信协议规范标准的现场总线通信功能，通过网络可实现现场总线的开放。例如在数控系统中应用得比较成功的包括MAP网络协议和BUS等各种现场总线协议等。可以实现多台数控机床协调柔性化制造加工。
　　2.4 基于PC的开放式数控系统
　　开放式数控系统的开放性一般采用PC技术，这样的系统控制能够充分地利用计算机的硬件资源，能够使用高级程序编程，在硬件方面，PC机上配备有标准的PCI总线插槽，ISA工业总线插槽，RJ-45接口，USB接口，1394串行总线接口，可以很方便地连接各种数控装备。目前PC技术数控系统的模式主要有：PC连接CNC型，方法简单，在现有的设备加以改装即可;PC嵌入到CNC型，用专用的数据总线实现数据传输;CNC嵌入到PC型，用PC系统作为控制系统的控制器。其使用范围广，开放程度高，便于升级扩展;全软件CNC型，通过指令驱动嵌入在PC系统中的伺服驱动接口卡。其编程处理灵活。但是其实时性差。CNC嵌入到PC型，即PC+运动控制卡形式，组件趋向标准化，同时以多轴運动控制为系统的从机构成主从分布的结构体系[2]。
　　3 数控系统开放性标准的技术关键
　　3.1 制定一个开放式数控系统的制造协议
　　在系统的组件内形成一套完整的规范标准，标准的截面系统内应包含控制器制造商和机床生产厂在制造协议的辅助下进行的合理有效开发，并由此实现宽领域内的合作。
　　3.2 实现系统内硬件的标准化、模式化和统合化
　　通过对系统CPU的结构模式，运动控制和辅助控制等内容的系统化和标准化，使得各模块之间形成可以利用的定义标准化进行接口连接。
　　3.3 开发出优化系统软件
　　这种软件可以集中各种优化技术正在同一个软件包内。利用对该软件的性能来进一步优化系统加工的指标参数，使加工达到最优化。借助优化模式实现产品的再度重构，并继续进行第二层的开发。
　　4 结束语
　　开放式数控系统标准化的建立有着重要的意义，有利于国产设备互配互联和产品替换，使众多控制器企业形成强势的配套能力。利于设置技术准入门槛，保护国产控制器产业，为自主知识产权的控制器产品和相关技术的发展提供机会和空间。同时，在现有的PC开放式数控系统技术的灵活指导下可以更好地实现数控系统的模块优化，使图像显示、动态模拟更加具有时效性。但是和发达国家相比，我们在数控系统标准化研究方面的投入不够，企业对标准化工作重视不够，以及我国数控系统行业尚未形成强势企业，这些对于国产控制器产业发展是非常不利的，这足够表明数控系统标准化研究的重要性。
　　参考文献
　　[1] GB/T18759.1-2002.机械电气设备开放式数控系统 第1部分：总则[S].北京：中国标准出版社，2002.
　　[2] GB/T18759.1-2017.机械电气设备开放式数控系统 第7部分：通用技术条件[S].北京：中国标准出版社，2017.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14944278.htm