開放式數控系統的發展及性能研究

孫若承

（福建省計量科學研究院閩南工作部 361000）

數控系統可以有效融合自動化技術、微電子技術以及計算機技術，因此被廣泛應用于多種控制系統中。數控系統具備自動化集成化和智能化特點，可以有效促進生產。為了滿足市場發展需求，工業領域開始研發出開放式數控系統，在該系統中，計算機數字控制裝置和伺服系統起到關鍵作用，計算機數控裝置也被稱為運動控制單元，數控系統的精度和性能會受到運動控制單元的影響。

1 開放式數控系統的發展

1.1 模塊化和集成化

在電子技術快速發展過程中，開放式數控系統可以實現集成化與模塊化統一。通常而言，模塊化可以確保不同功能零件的相互獨立性，可以將不同功能劃分為小模塊，若干小模塊之間具備通信能力，并具有相互獨立特點。集成化主要是模塊集成在一起，共同提供相關服務。從某種程度上講，集成化和模塊化屬于互斥方向，然而在開放式數控系統中，可以有效統一模塊化與集成化特點，確保數控系統可以更好地應用在生產過程中。

1.2 基于軟芯片的數控系統

基于軟芯片的數控系統，主要是具備封裝數控系統功能，人們不能明確內部邏輯關系。數控系統內部可提供外界使用接口，該類接口可以滿足數控系統的需求。外部采用獨立模塊和預設接口協議，可以有效訪問數控系統，使數控系統能夠更好的開展操作，完成各項功能。開放式數控系統的優勢在于分離控制邏輯和實現邏輯，如果控制邏輯和實現邏輯發生變更時，只需要將部分細節進行修改即可，不需要修改全部邏輯，以此確?？刂七壿嬇c實現邏輯的獨立性。

1.3 基于現場總線技術的數控系統

相比于軟芯片數控系統來說，此種數控系統，可以將并行信號轉化為串行信號，可以在傳輸介質中實現實時傳遞，動態化控制開放式數控系統。按照相關定義能夠看出，此種開放式數控系統具備較高的實時性，可以有效連接到計算機中，形成基于計算機控制的數控系統。這種開放式數控系統需要應用到總線，由于總線成本高，因此在具體生產中會增加生產成本。

1.4 軟件與硬件的開放性特點

對于開放式數控系統來說，開放性屬于重要特點。開放性特點能夠確保軟件與硬件訪問數控系統。對于軟件開放性來說，數控系統可封裝為統一接口，在外不通過軟件控制功能。用戶可按照自身需求編寫軟件，從而控制數控系統，確保其滿足生產要求。對于軟件開放性特來說，其主要是將計算機控制軟件、圖形軟件以及顯示軟件嵌入到主板中，以此結合計算機技術與數控系統，同時將計算機技術作為系統的基礎化技術。

2 開放式數控系統的性能分析

2.1 系統結構與優勢

開放式數控系統屬于數控技術的發展方向，是控制技術、信息技術和計算機硬件技術快速發展的產物。開放式數控技術的適應性比較強，可以實現靈活配置，對于設備的適應度比較高。系統控制軟件具備連接、擴展功能，能夠滿足新技術要求。不同類別的數控系統，均能夠滿足計算機技術、信息技術的應用要求，同時可維護用戶投資、簡化操作、加大維護力度。系統應用期間，能夠按照標準化體系，確保各魔鎧的相互兼容，以此提升不見的互換性和操作性。

現階段，生產所應用的開放式數控系統主要包括專用數控聯合PC 前端的復合結構、通用PC 聯合實時控制的遞階式結構。通過數控系統上的PC 環境建立人機界面。通過軟件進行現代化控制。開放式平臺可以結合多種軟件，滿足聯網需求。設備層的可靠性和標準性均比較高，能夠滿足用戶的自我需求。

開放式數控系統的性能分析

2.2 基于控制器平臺的開放結構

系統跨平臺性能，利用開放結構的控制器軟件，能夠實現跨平臺運行。對于可重構性能來說，用戶能夠根據自身設備特點和時間需求，對軟件拓撲結構進行優化改進，同時建立數控系統。對于兼容性能來說，在實際應用時不會受到平臺硬件影響，用戶能夠根據自身需求，選擇適宜的控制器。利用控制器平臺確保操作系統安全穩定運行。

2.3 標準化與模塊化的硬件結構

模塊化結構需要獲得標準總線支持，多倍建立在模塊化設計拓撲結構上。數控系統可以在多種標準化總線上穩定運行。對于伺服層數字通信來說，總線平臺與機床驅動能夠支撐多種數字通訊接口與協議，有效控制伺服軸、主軸與輸入輸出接口?？偩€和伺服系統之間具備可靠通信，可以傳輸大容量信息，并且在同一平臺上，可以有效控制多種不同類型設備，還能夠進行多軸數控機床控制。

2.4 人機交互功能

系統具備良好的人機界面，借助于計算機的統一界面，優化界面、加強圖形仿真功能、增添零件加工信息輸入功能。同時能夠模擬程序加工過程，根據標準比例顯示出刀具與工件的關系。

2.5 插補功能

在該系統中具備多通道功能，不同通道均可制定零件程序，全面提升系統運行效率。對于系統功能來說，采用過數學方法描述出曲面與曲線，確保曲線加工的精確度。對于高精度和高速插補來說，將誤差補償技術應用到數控系統中，可以明顯減少工件加工誤差，提升工件精度。

2.6 網絡功能

提升內部環境的網絡化水平，對整個制造過程進行高度集成，同時實現制造環境與企業網絡化，優化集成設備維護、管理信息、工業設計。機床操作人員通過網絡查詢技術與幫助功能，可以促進資源的網絡化，實現資源共享。

3 開放式數控系統的未來發展

3.1 智能化發展

現階段，開放式數控系統可以實現控制邏輯與實現邏輯的分離，實現邏輯能夠滿足生產需求，然而控制邏輯的發展空間比較大，因此開放式數控系統會朝著智能化方向發展，主要表現在以下方面：首先，控制邏輯智能化?？刂七壿嬆軌虬凑杖藗冚敵龅闹噶顚崟r控制實現邏輯，在特殊情況下能夠實現自動化控制，按照系統運行狀態和環境參數，可實現最優選擇。其次，神經網絡技術的優化結合。神經網絡技術能夠對人類大腦思維方式進行模擬，自適應能力和學習能力均比較強。因此在未來發展中開放式數控結構能夠緊密結合神經網絡技術，實現智能化控制。

3.2 網絡化發展

在目前所應用的開放式數控系統中，實現邏輯和控制邏輯無法突破地域限制，相應影響了開放式數控系統的發展。在未來發展中，開放式數控系統會朝著網絡化方向發展，主要表現在以下方面：第一，內部網絡化。通過網絡連接實現邏輯與控制邏輯，采用互聯網協議有效控制實現邏輯，確保開放式數控系統通信標準的大眾化。第二，外部網絡控制。分離實現邏輯和控制邏輯，并且將實踐邏輯放在同一地點，用戶可通過網絡使用控制邏輯遠程控制實現邏輯部分，以此突破地域限制，提升生產安全性和生產效率。

4 結束語

綜上所述，在現代制造業發展過程中，生產工藝開始朝著小批量和多品種方向發展，并且出現高效高精度的加工需求。企業為了實現遠程診斷與異地制造的聯網功能，必須推廣應用開放式數控結構，以此實現重智能化控制，從根本上推動數控系統的發展。