一、從封閉走向開(kāi)放
傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)是 封閉式的，各家廠商之間沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)控系統(tǒng)指令體系、軟/硬件標(biāo)準(zhǔn)的互不兼容，造成了數(shù)控系統(tǒng)使用、升級(jí)、維護(hù)和二次開(kāi)發(fā)的不便，阻礙了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，給進(jìn)一步推廣應(yīng)用帶來(lái)了困難。為此，人們提出了開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)設(shè)想，旨在建立一個(gè)與制造商無(wú)關(guān)的、標(biāo)準(zhǔn)化的、開(kāi)放的控制系統(tǒng)平臺(tái)。數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商可對(duì)系統(tǒng)功能任意剪裁和配置，以滿(mǎn)足不同用戶(hù)的要求。 數(shù)控泡沫切割機(jī)制造商不用公開(kāi)其技術(shù)訣竅，就能把某些功能加入到控制系統(tǒng)中去。用戶(hù)也可進(jìn)行系統(tǒng)的再開(kāi)發(fā)、維護(hù)和升級(jí)。開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)化的軟硬件體系結(jié)構(gòu)以及便于擴(kuò)展、聯(lián)網(wǎng)和開(kāi)發(fā)的客戶(hù)化應(yīng)用軟件來(lái)推動(dòng)這種潮流。近年來(lái)，數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)放理念得到了越來(lái)越廣泛的認(rèn)同，新興的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商幾乎全部采用基于PC的開(kāi)放技術(shù)路線，即使市場(chǎng)領(lǐng)先的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商也在不斷地向這個(gè)方向轉(zhuǎn)變。
國(guó)際 電氣和電子工程學(xué)會(huì)IEEE對(duì)開(kāi)放式系統(tǒng)做出了如下定義：“具有下列特性的系統(tǒng)可稱(chēng)為開(kāi)放系統(tǒng)：符合系統(tǒng)規(guī)范的應(yīng)用，可運(yùn)行在多個(gè)生產(chǎn)商的不同平臺(tái)上，可與其他的系統(tǒng)應(yīng)用互操作，并且具有一致風(fēng)格的用戶(hù)交互界面。”
針對(duì)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用需求，一般認(rèn)為，開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具有以下基本特征，這也是 衡量數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)放程度的準(zhǔn)則：
1)可移植性。控制系統(tǒng)中立于計(jì)算平臺(tái)，代碼最大限度地兼容多種計(jì)算平臺(tái)。
2)可裁剪性。不同的用戶(hù)需求可以通過(guò)增加或減少系統(tǒng)功能模塊形成新的控制系統(tǒng)。對(duì)于特定的功能模塊，可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化接口對(duì)其功能進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。
3)互操作性。包括系統(tǒng)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)部件之間的互操作性，系統(tǒng)與外部應(yīng)用之間互操作性以及不同系統(tǒng)之間的互操作性。
4)可擴(kuò)展性。根據(jù)特定的生產(chǎn)需要和集成加工經(jīng)驗(yàn)的要求，通過(guò)提供標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用程序接口和編程規(guī)范，由用戶(hù)、數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商擴(kuò)展系統(tǒng)部件的功能，使系統(tǒng)具有增強(qiáng)的性能表現(xiàn)。
二、開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)放程度具體表現(xiàn)在人機(jī)界面、數(shù)控核心或整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性上，有下列3種不同形式。
1)開(kāi)放人機(jī)界面。“開(kāi)放”僅限于控制系統(tǒng)的非實(shí)時(shí)部分，僅可對(duì)面向用戶(hù)的程序作修改，進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。
2)控制系統(tǒng)核心(數(shù)控和可編程控制等)有限度開(kāi)放。數(shù)控核心的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)固定不變，但可嵌入包括實(shí)時(shí)功能的用戶(hù)專(zhuān)用模塊。
3)開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)。數(shù)控核心的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可變，取決于過(guò)程。全部模塊都是 開(kāi)放的，可相互交換，規(guī)模可變、可移植和可協(xié)同工作。它借助標(biāo)準(zhǔn)化的接口相互作用，可在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范下按需配置成不同的數(shù)控系統(tǒng)。
目前 數(shù)控泡沫切割設(shè)備數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)放性大多以PC體系架構(gòu)為基礎(chǔ)，有3種方案。
1)集中式結(jié)構(gòu)。采用多CPU結(jié)構(gòu)，通過(guò)計(jì)算機(jī)總線將這些CPU系統(tǒng)連接在一起，結(jié)構(gòu)緊湊。人機(jī)界面在PC平臺(tái)上構(gòu)建，以體現(xiàn)其開(kāi)放性。數(shù)控核心或PLC可采用不同的CPU，將不同板卡集成在一個(gè)機(jī)殼中，通過(guò)數(shù)字化總線和伺服系統(tǒng)及I/O實(shí)現(xiàn)通信。這種方案僅實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面的開(kāi)放，硬件系統(tǒng)仍取決于數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商。
2)分離式結(jié)構(gòu)。人機(jī)界面和實(shí)時(shí)控制功能分別由單獨(dú)的系統(tǒng)承擔(dān)。人機(jī)界面在PC硬件平臺(tái)和Windows或Linux操作系統(tǒng)下開(kāi)發(fā)，相當(dāng)于一個(gè)單獨(dú)完整的PC機(jī)。這種結(jié)構(gòu)易于在機(jī)床上配置，對(duì)環(huán)境的要求低，通過(guò)總線與數(shù)控核心進(jìn)行通信。其數(shù)控核心硬件系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成模塊化結(jié)構(gòu)，可同時(shí)安裝在機(jī)床控制柜中，提高了數(shù)控系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。這種方案不僅提供開(kāi)放的人機(jī)界面，部分控制系統(tǒng)核心也是 開(kāi)放的，被大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)所采用。
3)全軟件式結(jié)構(gòu)。以PC平臺(tái)為基礎(chǔ)，僅增加總線通信卡(或基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)物理結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)以太網(wǎng))和伺服系統(tǒng)及I/O模塊，軟件在通用的Windows或Linux系統(tǒng)上加入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核后進(jìn)行開(kāi)發(fā)，從而可實(shí)現(xiàn)整個(gè)體系結(jié)構(gòu)的全開(kāi)放。此外，一些采用PC加運(yùn)動(dòng)控制卡開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用數(shù)控系統(tǒng)也可歸入為這一類(lèi)型。這種方式的全部數(shù)控功能由PC實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)裝在PC機(jī)擴(kuò)展槽上的總線通信卡(或PC機(jī)本身的以太網(wǎng)接口)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)等進(jìn)行控制。這種數(shù)控系統(tǒng)的主體是 PC機(jī)，充分利用PC機(jī)不斷提高的計(jì)算速度、不斷擴(kuò)大的存儲(chǔ)量和性能、不斷優(yōu)化的操作系統(tǒng)以及豐富的應(yīng)用軟件資源。全軟件結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)越來(lái)越向計(jì)算機(jī)技術(shù)靠攏，使數(shù)控技術(shù)成為先進(jìn)制造技術(shù)系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字化設(shè)備。
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