【正文】 JTAG掃描邏輯可以提供對接口器件的邊界掃描:并且它可以提供管腳到管腳的連續(xù)檢查和2407的外圍器件的操作檢查。 PC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，只需要更換相應(yīng)的擴(kuò)展卡即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的增減，并且允許集成來自第三方的硬件模塊:軟件采用統(tǒng)一風(fēng)格基于GUI的人機(jī)界面，能方便地集成運(yùn)行任何第三方地應(yīng)用程序，如CAD/CAM/CAPP等應(yīng)用軟件和管理軟件。進(jìn)入32位機(jī)時代的PC系統(tǒng)，機(jī)械不斷升級，功能不斷增強(qiáng)，其通訊速度、存儲容量、I/0接口能力、可靠性及各種性能已經(jīng)超過了10多年前的中型機(jī)，使PC機(jī)直接用于CNC系統(tǒng)成為可能?？偩€標(biāo)準(zhǔn)提供模塊間的物理信號傳輸通道，實(shí)現(xiàn)了模塊之間物理層的互操作。也正是這種結(jié)構(gòu)，決定了DSP的指令基本上都是單周期指令，衡量一個DSP的速度也基本上以單周期指令時問為標(biāo)準(zhǔn)，其倒數(shù)就是為人熟知的MIPS(兆次指令每秒)。 （3）流水線結(jié)構(gòu)與哈佛結(jié)構(gòu)相關(guān)。哈佛結(jié)構(gòu)是一種并行體系結(jié)構(gòu)，它將數(shù)據(jù)和程序分別存儲在不同的存儲器中，即程序存儲器(PM)和數(shù)據(jù)存儲器(DM)各自獨(dú)立，獨(dú)立編址，獨(dú)立訪問。DSP在控制領(lǐng)域中的一個主要應(yīng)用為高速控制。 綜合考慮，DSP芯片成了運(yùn)動控制卡是CPU的最佳選擇，它速度快，內(nèi)部結(jié)構(gòu)適合數(shù)字處理，同時技術(shù)成熟，資料全面，系列全，它的2XX系列是專門面向電機(jī)控制而設(shè)計(jì)的。這樣才能快速計(jì)算，從而減小運(yùn)動控制卡的刷新周期，提高運(yùn)動控制卡的實(shí)時性。 7) CAN中已損報文由檢出錯誤的任何節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定。 1) 實(shí)現(xiàn)了全分布式多機(jī)系統(tǒng)，無主從機(jī)之分，網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點(diǎn)均可在任意時刻主動地向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，通信方式十分靈活。通訊協(xié)議為了實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及總線的完善管理，保證系統(tǒng)的可靠性，CAN通訊協(xié)議規(guī)定了四種不同用途的網(wǎng)絡(luò)通訊幀，即:數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯誤指示幀和超載幀。 3) CAN采用非破壞性總線總裁技術(shù)，將節(jié)點(diǎn)信息分為不同地優(yōu)先級，可滿足不同地實(shí)時要求。 過去的運(yùn)動控制卡同伺服系統(tǒng)通訊一般都采用RS232或者RS485進(jìn)行通訊，由于RS232的通訊速度低，不能滿足數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時性能的要求，雖然RS485的速度高，但是這種接口的通信多為查詢方式，效率低，難以滿足較高的實(shí)時性要求。在9個CLK(推薦為3 ^4個)周期內(nèi)驅(qū)動PAR信號至1個穩(wěn)定電平。 5)主設(shè)備可以由主設(shè)備故障終止、目標(biāo)設(shè)備可以由重試終止、斷開終止、目標(biāo)設(shè)備故障 終止來結(jié)束周期。PCI總線規(guī)則支持分布式的中斷申請信號線(INTX), TNTX信號線的目的可以允許特殊的PCI設(shè)備對主CPU進(jìn)行總線申請。 在地址期，單個和突發(fā)傳輸協(xié)議是一致的。此外PCI總線主設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備都可以通過在IRDY和TRDY有效前加入若干等待周期以延遲傳輸開始時間。此時AD和C/BE上分別為數(shù)據(jù)和字節(jié)的使能信息(指出32位數(shù)據(jù)總線中哪幾個字節(jié)有效)。輸入輸出讀、寫。所以原先工業(yè)普遍使用的ISA總線逐漸被PCI總線代替。PCI獨(dú)特的同步操作功能可保證微處理器能夠與各種總線主控同時操作，不必等待后者的完成。 結(jié)合開放式數(shù)控系統(tǒng)實(shí)際需要解決的問題，作者選用PCI總線作為PC機(jī)和運(yùn)動控制單元的通訊總線，與以往的運(yùn)動控制單元選用ISA總線相比，選用的PCI總線具有明顯的優(yōu)勢： 1)高性能。這樣，在需要升級系統(tǒng)時，就可以模塊為單位進(jìn)行更新和升級。因此，開放體系結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)硬件應(yīng)該是以總線和網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的模塊化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這兩層還可以細(xì)分為小的層次，其目的時為了在層與層之間建立比較完善的接口，便于以后物理上的功能擴(kuò)展?？蓴U(kuò)展性體現(xiàn)在當(dāng)控制用戶界面基本系統(tǒng)服務(wù)和加工控制用戶模塊開發(fā)服務(wù)組件PCI板卡接口函數(shù)DSP下位機(jī)系統(tǒng)算法控制圖26 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的功能不能滿足用戶要求時，用戶可以進(jìn)行開發(fā)和擴(kuò)展。PC機(jī)所完成的任務(wù)是將插補(bǔ)運(yùn)算得到的各軸的理論位置乘相應(yīng)的系數(shù)轉(zhuǎn)換成為各軸所應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度值，通過雙口RAM傳給DSP。但是基于DSP(數(shù)字信號處理器)的運(yùn)動控制卡性能很好的處理這些問題。采用DSP技術(shù)使得232軸的運(yùn)動控制系統(tǒng)能夠濃縮到一塊PC的PCI控制卡上。 PC機(jī)的低價格保證了控制器的低價格，而Windows上的各種開發(fā)工具VC等又使CNC系統(tǒng)的開發(fā)難度大大降低，開發(fā)費(fèi)用大幅下降。外部接口模塊提供CAD/CAM接口、MIS系統(tǒng)接口、專家系統(tǒng)接口、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)接口等。這兩層是硬件層。、命名習(xí)慣、用戶接口外觀等有利于不同系統(tǒng)平臺的實(shí)現(xiàn)。PC上運(yùn)行的軟件具有諸多功能，如友好的界面、圖形顯示、動態(tài)仿真、數(shù)控編程、故障診斷、網(wǎng)絡(luò)通訊等。同時，用戶可根據(jù)需求定制界面，例如可以改變仿真形式、增加顯示內(nèi)容、擴(kuò)展遠(yuǎn)程監(jiān)視等功能。同樣，現(xiàn)代的步進(jìn)電機(jī)控制，特別是采用閉環(huán)控制后，同樣可實(shí)現(xiàn)快速精確的位置控制，其控制結(jié)構(gòu)在許多方面與交流伺服電機(jī)控制是相通的。 根據(jù)運(yùn)動控制器的核心技術(shù)方案來分，主要可分為基于大規(guī)模集成電路型、基于微處理器型、基于專用集成電路(ASIC )型和基于數(shù)字信號器(DSP)型的運(yùn)動控制器。 目前在應(yīng)用中的運(yùn)動控制器按不同的方法有不同的分類。家用電器中的空調(diào)機(jī)、洗衣機(jī)、只要存在對運(yùn)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行精確控制的任務(wù)，就離不開運(yùn)動控制系統(tǒng)，運(yùn)動控制技術(shù)得到了各個國家的重視，已經(jīng)成為一個專門的技末領(lǐng)域。 運(yùn)動控制通常是指在復(fù)雜條件下，將預(yù)定的控制方案、規(guī)劃指令轉(zhuǎn)變成期望的機(jī)械運(yùn)動。這類系統(tǒng)借助現(xiàn)有的操作系統(tǒng)平臺，在應(yīng)用軟件的支持下，通過對CNC軟件的適當(dāng)組織、劃分、規(guī)范定義和開發(fā)，可望實(shí)現(xiàn)上述各個層次的開放。在此基礎(chǔ)上，借助于所插入NC板的可編程能力，能部分實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)核心結(jié)構(gòu)的開放，即上述第二層的開放，如基于PMAC運(yùn)動控制卡構(gòu)成的CNC系統(tǒng)即屬于此類。PC具有豐富的支持軟件來改善CNC系統(tǒng)的用戶界面、圖形界面、動態(tài)仿真、數(shù)控編程、故障論斷、網(wǎng)絡(luò)通訊等功能。這一方面是為用戶提供了靈活制定特殊要求操作界面和操作步驟的途徑，一般用在PC機(jī)作為圖形化人機(jī)控制界面的系統(tǒng)中。 與傳統(tǒng)的封閉式專用數(shù)控系統(tǒng)相比，開放式數(shù)控系統(tǒng)的主要優(yōu)勢在于:建立一種新型的模塊化、可重構(gòu)、可擴(kuò)充的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)數(shù)控系統(tǒng)的功能和性能柔性，在體系結(jié)構(gòu)上給用戶留有進(jìn)行二次開發(fā)更多的余地，能夠快速而有效的響應(yīng)新的加工需求。 （2）可移植性 可移植性要求數(shù)控系統(tǒng)能夠在多個廠商提供的平臺上運(yùn)行。 對于一個開放式數(shù)控系統(tǒng)來說，也應(yīng)遵循這些基本要求。這些擁有自主版權(quán)的高檔數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)成功，表明我國已經(jīng)具備開發(fā)、生產(chǎn)中、高檔數(shù)控系統(tǒng)的能力，為我國高檔數(shù)控機(jī)床的發(fā)展提供了技術(shù)支持，在技術(shù)上和戰(zhàn)略上都具有重要意義。如今，OSEC己發(fā)展到由18家公司和一個團(tuán)體參與的具有較大影響力的組織。A03數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫A02A0NA01應(yīng)用程序接口硬件組件通訊操作系統(tǒng)圖12 OSACA系統(tǒng)結(jié)構(gòu) OSEC(Open System Environment for Con七roller)計(jì)劃是在日本國家機(jī)器人和工廠自動化研究中心(工ROFA )建立的開放式數(shù)控委員會的倡導(dǎo)下，于1995年由東芝機(jī)器公司、豐田機(jī)器廠和Mazak公司三家機(jī)床制造商和日本工BM、三菱電子及SML信息系統(tǒng)公司共同組建的。該計(jì)劃分為三個階段，其中第一階段和第二階段均已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，、應(yīng)用指南，并依照OSACA規(guī)范并開發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)的通用系統(tǒng)平臺和軟件模塊。PC的引入，不僅為CNC提供十分堅(jiān)實(shí)的硬件資源和及其豐富的軟件資源，更為CNC的開放化提供了基礎(chǔ)。它雖然仍以微處理器為基礎(chǔ)，但控制功能更為完善，具備了多功能的技術(shù)特征，尤其在軟件技術(shù)方面發(fā)展更快，具有了交互式對話編程，三維圖形顯示和校驗(yàn)，實(shí)時軟件精度補(bǔ)償?shù)裙δ堋? 這一階段的數(shù)控系統(tǒng)，各種控制功能均由硬件邏輯完成，稱為“硬件”控制，其功能簡單，靈活性差，設(shè)計(jì)周期長，系統(tǒng)可靠性低，因而限制了其進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。數(shù)字控制系統(tǒng)中的信息量是數(shù)字量，而模擬控制系統(tǒng)中的信息量是模擬量。國際上的相關(guān)開放計(jì)劃對我國的數(shù)控技術(shù)的發(fā)展提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，同時也帶來了機(jī)遇。總之，數(shù)控系統(tǒng)的這一現(xiàn)狀已難以適應(yīng)當(dāng)今制造業(yè)的市場的變化與競爭，也不能滿足現(xiàn)代化制造業(yè)向信息化、敏捷制造模式發(fā)展的要求。準(zhǔn)確、高效的自動化手段，改變了以往機(jī)械工業(yè)中周期長、效率低的局面。己經(jīng)使用的各類仿形加工機(jī)床部分地解決了小批量、復(fù)雜零件的加工。它不僅能夠提高產(chǎn)品的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，還能夠大大改善工人的勞動條件。摘 要 隨著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展和復(fù)雜曲面零件的廣泛應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、自動控制、檢測等各個領(lǐng)域，開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究目的是要建立一種新型的模塊化、可重構(gòu)、可擴(kuò)充的控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，以增強(qiáng)數(shù)控系統(tǒng)的功能柔性，能夠快速而經(jīng)濟(jì)地響應(yīng)新的加工需求。許多生產(chǎn)企業(yè)(例如汽車、拖拉機(jī)、家用電器等制造廠)已經(jīng)采用了自動機(jī)床、組合機(jī)床和專用自動生產(chǎn)線。但在更換零件時，必須制造靠模和調(diào)整機(jī)床，不但要耗費(fèi)大t的手工勞動，延長了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，而且由于靠模誤差的影響，加工零件的精度很難達(dá)到較高的要求。柔性的工作方式，能充分適應(yīng)多品種、小批盆的現(xiàn)代生產(chǎn)方式，從而大大提高了對現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)需求的適應(yīng)能力。 為了節(jié)約封閉式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控存在的問題，近年來，西方各工業(yè)發(fā)達(dá)國家相繼提出了向模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，設(shè)計(jì)開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的問題，如美國的NGC計(jì)劃，日本和歐洲提出的OSEC及OSACA計(jì)劃等。因?yàn)殚_放計(jì)劃的實(shí)施，把世界上所有的數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)商推到了同一起跑線上。最初的數(shù)字控制系統(tǒng)是由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的，因而稱之為硬件數(shù)控系統(tǒng)。(1970一1986) 70年代初，大規(guī)模集成電路、半導(dǎo)體存儲器，微處理器的問世，通用小型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)并逐漸普及，給數(shù)控技術(shù)帶來了突破性的發(fā)展。在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)上，開始出現(xiàn)了柔性化，模塊化的多處理器結(jié)構(gòu)。 開放式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究控制系統(tǒng)采用開放式體系結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致新一代控制器的產(chǎn)生，并成為制造業(yè)的一大支柱。第三階段的計(jì)劃正在實(shí)現(xiàn)過程中，其主要目標(biāo)是推廣OSACA思想以及前期工作的技術(shù)成果，同時與日，美的相關(guān)企業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行接觸，以期建立一個國際性的控制器標(biāo)準(zhǔn)。其目的是建立一個國家性的工廠自動化控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，并開發(fā)新一代基于PC平臺、性能價格比高的開放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)操作規(guī)劃層加工順序規(guī)劃、刀庫、夾具、加工條件離散控制加工過程、程序編譯、執(zhí)行模式控制、智能加工 我國的數(shù)控技術(shù)已經(jīng)有四十多年的發(fā)展歷史，期間經(jīng)歷了起步，停滯，引進(jìn)，消化開發(fā)和創(chuàng)新等幾個階段[2]。2. 1開放式數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 采用專用計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)，在選用高性能的微處理器構(gòu)成分布式處理結(jié)構(gòu)時，可以獲得很高的性能，如多軸聯(lián)動高速、高精度控制，很強(qiáng)的補(bǔ)償功能、圖形功能、故障論斷功能以及通信功能。一個開放的控制系統(tǒng)應(yīng)具有完全模塊化的結(jié)構(gòu)，模塊之間具有互換性、可擴(kuò)展性和可移植性，這是一個開放系統(tǒng)的基本特征。因此，系統(tǒng)的功能軟件應(yīng)用與設(shè)備無關(guān)，即應(yīng)用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式、交互模型、控制機(jī)制，并且通過一致的設(shè)備接口，使各功能模塊能運(yùn)行于不同供應(yīng)商提供的硬件平臺上。 目前，大量的供應(yīng)商提供了各種各樣的加工及控制系統(tǒng)的解決方案，這些方案構(gòu)成了解決所有自動化系統(tǒng)形形色色的途徑。 此方式除了提供上述第一種方式的開放性能外，還允許用戶添加自己特色的模塊到控制內(nèi)核模塊中。利用PC上功能強(qiáng)大的開發(fā)工具，機(jī)床制造商和用戶可以采用通用的編程語言來編制軟件模塊化替代系統(tǒng)原有的模塊，便于機(jī)床廠和用戶添加具有自己獨(dú)特技術(shù)的模塊。2. PC板遷入NC 這一形式主要為了一些大的CNC控制器制造商所采用。這種控制模式的硬件成本是最經(jīng)濟(jì)的。按照使用的動力源的不同，運(yùn)動控制主要可分為以電機(jī)作為動力源的電氣運(yùn)動控制、以氣體和流體作為動力源的氣液控制和以燃料(煤、油等)作為動力源的熱機(jī)運(yùn)動控制等。反饋裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動機(jī)拖動裝置運(yùn)動控制器控制系統(tǒng)PLC圖23 典型運(yùn)動控制系統(tǒng)的構(gòu)成 應(yīng)用在各個領(lǐng)域的典型運(yùn)動控制系統(tǒng)主要由控制系統(tǒng)(或PLC)、運(yùn)動控制器、拖動裝置(即驅(qū)動裝置)、電動機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反饋裝置構(gòu)成，如圖2. 3所示。 根據(jù)運(yùn)動控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來分，主要可以分為基于總線的運(yùn)動控制器和獨(dú)立應(yīng)用的運(yùn)動控制器及混合型運(yùn)動控制器。前文己經(jīng)論及，這里不再贅述。在國外，己經(jīng)出現(xiàn)這樣的運(yùn)動控制器，它既可以對步進(jìn)電機(jī)并行開環(huán)或者閉環(huán)控制，也可以用來控制直流或交流伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)伺服控制。 用戶或者開發(fā)商可按需選擇合適的功能模塊，或開發(fā)新的模塊。采用程序開發(fā)工具，用通用編程語言編制軟件模塊代替原有模塊，便于生產(chǎn)商和用戶添加具有自己獨(dú)特技術(shù)訣竅的功能模塊。就軟件講，采用分層設(shè)計(jì)或者客戶/服務(wù)器設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，將軟、硬件有關(guān)的部分置于底層，便于替換，實(shí)現(xiàn)移植。 軟件的最低層是操作系統(tǒng)，采用Windows98, 2000。它應(yīng)提供兩種形式的連接:一是網(wǎng)絡(luò)，通過客戶機(jī)/服務(wù)器(ClS)的形式與遠(yuǎn)程的CADICAM系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)等交換數(shù)據(jù)。同樣，它也提供了許多高性能的網(wǎng)絡(luò)程序開發(fā)工具。而且每個伺服軸的更新速率可達(dá)幾十MHz，而且FPGA技術(shù)使得通過軟件來更新硬件成為了可能。圖25是運(yùn)動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，按照物理結(jié)構(gòu)可以分為三個部分:1)交流伺服驅(qū)控制卡以及交流伺服電機(jī)。同時PC機(jī)要監(jiān)控各軸的執(zhí)行情況，以便調(diào)整插補(bǔ)的速度和進(jìn)行故障報帶。這將要求控制系統(tǒng)能夠?qū)⒂脩糇灾频哪K融入系統(tǒng)，或者代替現(xiàn)有的系統(tǒng)模塊，而系統(tǒng)的完整性并不受到影響。 用戶界面部分向最終用戶提供一般標(biāo)準(zhǔn)的Windows應(yīng)用程序接口，通過它可以對加工的情況進(jìn)行監(jiān)控，又包括加工的運(yùn)動控制，對控制器的資源情況的監(jiān)控，對加工參數(shù)的修改和效果反饋等。而系統(tǒng)硬件的開放性不僅僅表現(xiàn)在公開其硬件設(shè)計(jì)的技術(shù)細(xì)節(jié)和詳細(xì)結(jié)構(gòu)參數(shù)，更重要的是