微型计算机在数控系统中的发展及应用.doc

浅析微型计算机在数控系统中的发展及应用
苏晓彬，张程飞，庄柏松
( 金陵科技学院，江苏 南京 211169)
摘 要：结合当代计算机在数控系统中的发展，针对多闭式、专用数控系统所带来的问题，提出了基于计算机系统的一种开放型、以PC+NC（通用计算机+数字控制技术）为结构的数控系统，这种系统对微型计算机提出了4种要求并进行改造。同时为了满足人们对数控产品需求，在数控系统的内部开发一种基于微型计算机和局域网技术的远程监控系统，实现数控系统的通用化、信息化和网络化。
关键词：数控系统；应用；远程监控；

近几年，微型计算机和大规模集成电路制造技术的高速发展，推动了各行各业的发展。随着微型计算机的广泛应用，达到了能在恶劣环境下工作的理念。而在数控系统的开发和研制中，各部分的功能也发生了根本性的变化。特别是在数字化、信息化快速发展的今天，微型计算机系统在数控系统的开发中起着巨大的作用。但结合微型计算机的发展速度和应用场合，数控技术的发展还是滞后于微型计算机的发展，所以数控系统和数控产业的发展要积极跟上。基于这种思想，让人们认识到微型计算机在数控系统中的作用，以及怎样充分利用微型计算机的功能，实现数控系统通用化和信息化。
1 问题的提出
进入21世纪，随着通用型微型计算机的发展和普及以及许多国家对嵌入式微型计算机技术的大量投入，加快了其发展速度，从而使得这种设计理念在数控系统中得到广泛的应用，很好的解决了数控系统中的设计问题。然而数控的推广很重要，即如何将数控产品推向市场，为此必须将数控产品通用化、信息化和网络化。
2 微型计算机在数控系统中的发展
2.1 数控系统高的可靠性
数控系统的可靠性是数控机床质量的一项关键指标，常以平均无故障工作时间来衡量。随着新一代数控的研制成功，其平均无故障工作时间已长达十年以上。
2.2 加强标准化和开放性
因为基于微型计算机的开放式数控系统已不断适应制造业的发展需要，硬件的体系结构和功能模块就应该具有兼容性。比如许多硬件设施的模块化，这样便于购买和安装，为用户提供一个良好的使用环境。
2.3 网路数控的发展
在数控系统上开发多个通信接口和多级通信功能满足进线和联网的不同要求，使之不仅具有串行，DNC点对点的通信技术[1]，还支持各种专用的网络操作。
2.4 数控系统的智能化
数控系统的智能化程度和微型计算机的应用是密切关联的，而使数控系统的智能化要求已发展到如下几个方面：
（1） 利用自适应数控技术，从加工中检测必要的信息，半自动调整系统有关参数，改善系统的运行状态，达到最佳的运行。
（2） 建立工艺参数数据库指导加工，并带有逻辑控制的神经网络系统。
（3） 各种伺服驱动装置的反馈控制，以及负载的自动适应过程。
（4） 由微型计算机智能自动化编程。
3 微型计算机在数控系统中的应用
3.1 数控系统由专用数控到开放型数控的转型
基于微型计算机设计的一种开放型数控，基本上机构是PC+NC，这种方式是将通用微型计算机与数字控制平台连接在一起构成前后台结构，形成多机、多过程数控系统这样可以充分利用微型计算机的软件和硬件资源实现数控系统由专用数控到开放型数控的转型。
PC+NC体系结构：将通用微型计算机嵌入到数控系统之中构成的典型的前台和后台结构，这里的PC是指不需要改造的通用微型计算机，NC就是数控技术（numerical control） ，硬件结构见图1。
中央处理器
键盘
串并接口
CRT
网卡
存储器
高速通信板
单机CNC
各类扩展槽

图1 PC+NC硬件体系结构
这种典型的前后台结构就是在单机数控系统的基础上实现的，它是通过高速通信模板与微型计算机互联构成的。这里所应用的是在单机CNC中对微型计算机的通用化进行改造，形成基于计算机的单机CNC系统。
3.2 PC+NC系统对微型计算机性能的要求
系统设计时充分遵循以下4个方面的要求并提出改造：
（1） 实时运行的适应性要求
很多数控系统在M—DOS环境下运行会出现“死机”情况，对于这种情况我们可以在DOS的基础上增加实时多任务操作系统，增加线程等等，或对硬件进行改造。
（2） 可维护性的适应性要求
由于通用微型计算机都是以台式机结构为基础，极不适应以箱体结构为基础的控制系统,还有各种模板的尺寸，规格不一,无法达到控制要求。所以要对其进行机械特性 的改造，以提高可维护性。
（3） 工业运行环境的适应性要求
采用通用计算机在工业环境下运行不可靠，而在数控系统中的环境更恶劣，所以在采用微型计算机的许多优点的时候，同时也要提高微型计算机的可靠性、电磁兼容性、抗震性和耐高温等性能。
（4） 机电一体化要求
对数控系统的人机界面和各种控制面板提出要求，以适应机电一体化。控制面板可以选择二种结构一是：水平式结构，CRT和键盘在水平方向排列。二是：垂直式结构，CRT和键盘在垂直方向排列。这结构之间应具有兼容性。
3.3 利用计算机网络技术使得数控系统的信息化和网络化
随着计算机网络技术的飞速发展，网络化数控已经成为现代制造业发展的必然趋势。数控系统与系统外的监控计算机通过网络连接，实现对设备的远程控制和无人化操作、远程加工程序传输、远程诊断和维修服务[2]等等，这可以大大提高生产效率和设备的利用率。
针对这种情况，开发一种基于微型计算机和局域网的数控系统的远程监控系统，这样就可以使用简单的普通的微型计算机、网卡、双绞线、集线器，及实现了实时监控数控系统的加工状态、远程控制数控机床暂停、恢复加工和改变加工速率等等功能。
（1） 系统的外围网络结构设计
系统由一台监控计算机、若干台开放式数控系统、网络硬件和远程监控软件组成，由于监控对象是工业现场正在加工的数控机床，我们要设计一个通过广域网和局域网，并采用星型网络结构和“C／S”运行模式，使用TCP／IP协议。系统如图2所示。

图2 系统外围网络结构
（2）远程监控系统软件的实现
远程监控软件包括监控端（监控计算机）软件和受控端（数控机床）软件。监控端软件的功能是：连接到网内任意一台受控机床，接受受控端得到的实时加工状态和加工信息，以及向受控端发出控制命令。受控端的软件功能是：向监控端传输实时状态信息和执行其他操作。下面是它们2种软件的算法流程图。最后通过程序语言实现。

监控端流程图 受控端流程图
图3 远程监控软件流程图

四. 结束语
为促进我国数控产业的进一步提高，加快对数控技术人才的培养，我们要抓好职业教育，做到微型计算机与数控系统的有机结合，为我国数控生产线的全自动化做好充分准备。

参考文献：
[1]何雪民，吴晓光，刘有余. 数控技术[M]，华中科技大学出版社，2010.8
[2]张基温，李仰力. 计算机网络技术[M]，高等教育出版社，2008.9