开放式数控系统——数控系统的新趋势

2022-10-30

计算机的产生, 推动着各行各业向自动化的方向迅猛发展, 制造业更是如此。上世纪50年代, 第一台数控机床问世发展至今, 数控系统部分已成为数控机床的关键技术。目前正朝着高精度、高速度、高柔性、高可靠性、网络化、复合加工和基于工业PC机的开放式智能数控系统方向发展[1]。传统数控系统为封闭式结构, 缺乏灵活性、没有共同性和标准接口, 其缺点是在原来基础上很难再加入新的控制策略方案和扩展新功能。这种封闭式的数控系统已经不能适应当今制造业市场的变化与竞争, 也不能满足现代制造业向信息化、自动化发展的需要[2]。

上世纪90年代出现了开放式数控系统, 开放式数控系统:具有下列特性的系统可以被称为开放系统, 符合系统规范的应用, 可以运行在多个销售商的不同平台上, 可以与其它系统应用互操作, 并且具有一致风格的用户交互界面[3]。开放式数控系统具有开放性、移植性、扩展性、替代性和操作性等特点[4]。

开发式数控系统从一个全新的角度分析和实现了数控系统的控制功能, 强调向模块化、平台化、工具化、标准化、网络化、智能化和复合化等方向发展[5]。

1 发展现状

1.1 国际发展现状与比较

1.1.1 现状

上世纪90年代, 一些发达国家以设计生产开放式数控系统为目标, 在自动化领域对开放式体系结构做了大量的研发工作, 美国NGC计划、欧盟OSACA计划和日本OSEC计划相继推出了各自的开放式体系结构规范[6]。

1.1.2 比较

总统上看, OSACA和OSEC均采取分层结构的系统平台, OSACA分层结构是按照通用控制系统的功能划分为硬件、系统软件和应用软件三个层次;OSEC分层结构是按照数控系统控制功能划分的;OMAC则不指定固定的基础体系结构, 通过定义从类和模块形成控制系统的基本要素[7~8]。

1.2 国内发展现状

我国数控技术起步于1958年, 50多年的发展历程大致可分为三个阶段[9~11], 见表1。

目前国内已有的开放式数控系统有四种:华中Ⅰ型和中华Ⅰ型是将数控专用模板嵌入通用PC机构成的单机数控系统;航天Ⅰ型和蓝天Ⅰ型是将PC机嵌入到数控系统之中构成的多机数控系统。国内其它单位也都先后加入了开放式数控系统的开发, 如:沈阳数字控制股份有限公司的S-PBC数控系统;北京机床研究所引进德国PA公司PA8000技术, 对其进行开发;南京航空航天大学研制的超人计算机数控系统上海第三机床厂推出具有自主知识产权的PC平台开放式数控系统。

国内的开放控制系统各有优点, 但还不具备开放式数控系统的本质特征, 仍有许多需要改进之处。

2 基于PMAC运动控制卡的开放式数控系统

开放式数控系统如完全依赖于PC机就会受到其计算能力的限制, 阻碍系统向高速和高精方向发展。20世纪80年代末, 基于DSP的运动控制技术的突破, 为开放式数控系统的发展提供了极好的机遇[12]。

自开放式数控系统的概念出现以来, 基本形成了“PC嵌入NC”、“NC嵌入PC”和纯PC型开放式数控系统。而“NC嵌入PC”结构辅之以运动控制卡 (于1994年在美国出现如Delutan公司的PMAC, PMAC的硬件和软件的结构都具一定的开放性[13~14]) , 其特点是灵活性好, 功能稳定, 还可共享计算机上的资源, 成为当前最理想的数控系统。

3 开放式数控系统的应用案例[15]

(1) 德国Andron公司。Andronic 2060数控系统是该公司的新产品, 它是新一代基于微机的、在Windows平台上的开放式系统, 上海机床集团公司生产的曲轴磨床就采用该系统。 (2) 南京四开电子企业公司。SKY2006型数控系统是南京四开电子企业公司基于Windows平台的开放式数控系统, 采用通用X86工业PC进行数控运算。