新一代开放式、网络化数控系统的研究.doc

新一代开放式、网络化数控系统的研究 开放式、网络化数控系统是实现高水平数字化装备的保证。其核心是开放式，即系统各模块与运行平台的无关性、系统中各模块之间的互操作性和人机界面及通信接口的统一性。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并向智能化、网络化方向发展。 国家数控系统工程技术研究中心、华中数控股份有限公司多年来一直致力于开放式数控系统软、硬件体系结构的研发、生产和推广应用，在国家相关项目的支持下，于2003年成功开发、生产出新一代开放式、网络化数控系统&151;HNC-21/22世纪星数控系统。 开放式、网络化数控系统的研究现状“开放式结构控制器(Open Architecture Controller)”的概念第一次出现在1988年前后。1989年，美国国防部开始了“下一代工作站/机床控制器NGC”计划。1990年又启动了OASYS项目作为NGC计划的后续项目。其后许多关于开放式系统结构的研究计划在世界各地相继启动。其中影响较大的有美国的Ford、GM和Chryler等公司在NGC计划的指导下联合提出的OMAC开发计划、欧洲的德、法、意等国于1995年联合启动的OSACA计划和日本的丰田、三菱等14家企业联合提出的OSEC计划等，这些工作已进入了工业试用阶段并逐步走上联合垄断道路。2000年，国内的华中数控、航空数控等单位在国家经贸委的支持下，提出了开放式数控系统(ONC)技术规范，制定了ONC系统技术标准，并在Linux系统平台上，开发了基本符合该技术规范的开放式数控系统验证样机，具有一定的互操作性、可移置性、可伸缩性和相容性等开放性特征。 自上述研究计划启动以来，数控系统体系结构从封闭转向开放，加快了数控技术发展步伐，提高了数控装置的性能，并涌现了一批高精度、高效率的开放式数控系统。 数控系统的开放式体系结构，为其网络化提供了条件，同时数控系统的网络化正是其开放性的有力体现。 网络化包括两个方面：内部网络(现场总线网络)和外部网络。 所谓内部网络是指数控系统内CNC单元与伺服驱动及I/O逻辑控制等单元，以现场总线网络连接：对于数控系统硬件，开放性主要是指其电脑、网络、伺服系统及I/O逻辑控制等单元应该具有统一的互联标准，以实现互换性。为使数控系统硬件具有互换性，目前欧洲CNC制造商在其产品中广泛应用SERCOS(Serial Real-time Communication System，一种适于高速伺服控制的网络接口协议，于1995年成为IEC1491国际标准)。现场总线作为与数字驱动单元的接口，则采用Profibus等现场总线作为与I/O逻辑控制单元的接口。 所谓外部网络，指的是数控系统与系统外的其他控制系统或外部上位电脑以网络连接：随着现代通信技术和IT业的发展，世界上一些着名的数控系统公司都相继推出了具有网络集成能力和一定智能化水平的控制系统，通过网络实现对设备的远程控制和无人化操作、远程加工程序(特别是大容量程序)传输、远程诊断和远程维修服务等技术服务，并提高机床生产率。如日本大隈(Okuma)机床公司的“IT plaza”(信息技术广场，简称“IT广场”)、日本Mazak(山崎)公司的“Cyber Production Center”(智能生产控制中心，简称CPC)、GE Fanuc公司的“Open Factory CNC”(开放工厂CNC)以及 Siemens公司的“Open Manufacturing Environment”(开放制造环境)等。开放式、网络化数控系统的特点开放式、网络化数控系统的主要特徵，分别表现在功能模块可用于不同控制系统的可移置性；功能相似模块之间可互相替换，并可随技术进步更新软硬件的可扩展性；有即插即用功能，根据需求变化，能方便有效地重新配置的可缩放性；使用标准I/O和网络功能，容易实现与其他自动化设备互连的互操作性。 表 传统专用数控系统与开放式数控系统之比较比较项 传统专用数控系统 开放式数控系统 系统结构 及可伸缩性 硬件专用 软件专用 不易伸缩 硬件基于PC 软件基于通用操作系统 系统可根据需要进行伸缩 系统可维护性 随着技术进步，需开发、生产 专用的硬件，难于适应竞争的 日益剧烈要求 紧跟PC技术发展，容易升级 软件开发难易性 软件为CNC制造商独占，机床 厂、用户难于进行二次开 发以引进独创部分 使用开放软件平台，机床制造 商、用户可以根据需要开发自己 的软件。 特殊专用系统 开发 对特殊、专用系统开发不容 易，需花大量时间 使用开放软件平台和C++等 高级语言，容易开发 联网性 须用专用硬件和专有通讯技术 (方法)，联网成本高 与PC联网技术相同，联网成本 高 PLC软件 须用制造商专用语言，难以移 植，维修困难 使用符合标准的PLC，可移