【正文】 次為控制裝置在明確固定的拓撲結構之下允許替換，增加NC核心中的特定模塊以滿足客戶的特殊要求。第三層次為拓撲結構的完全可變的全開放的控制裝置。這三個層次中第一層次目前基本達到。未來的發(fā)展主要圍繞第二個層次目標展開。 實時操作系統(tǒng)進入CNC嚴格意義上說，數(shù)控控制軟件中包含著實時操作系統(tǒng)的思想，例如任務調(diào)度、存儲器管理、中斷處理等，但這種技術是隱含的，是和數(shù)控應用程序比如插補，伺服、譯碼等混合的。每一個數(shù)控系統(tǒng)都是獨特的，不透明的。這種情況對于最終用戶和系統(tǒng)集成商而言帶來諸多不便。在開放式數(shù)控呼聲日益高漲的今天，研究實時操作系統(tǒng)在CNC軟件中的應用是順理成章的事。特別是最近嵌入式實時操作系統(tǒng)的技術發(fā)展迅猛，這對于數(shù)控控制軟件的開發(fā)將產(chǎn)生革命性的影響。選擇一個合適的商用嵌入式實時操作系統(tǒng)，將插補、伺服、譯碼、數(shù)據(jù)處理等數(shù)控應用軟件往上“掛”，最終移植到一個硬件環(huán)境中去，形成最終使用戶滿意的數(shù)控系統(tǒng)，也就是個性化的CNC系統(tǒng)，這將是開放式數(shù)控的主要方向。未來實時Linux(RT Linux)有望成為CNC實時操作系統(tǒng)的主流?！癓inux除了具有功能強大、高性能、穩(wěn)定性好以及原代碼開放等優(yōu)勢以外，其最大的特點是Linux內(nèi)核具有非常良好的結構，即可由用戶根據(jù)特殊的系統(tǒng)需求，對內(nèi)核進行配置或裁剪，而這一特點恰恰滿足了可開放式數(shù)控應用的差異性需求。 現(xiàn)場總線技術開始廣泛使用現(xiàn)場總線(field bus)實質(zhì)上是工控網(wǎng)絡中的低檔產(chǎn)品。因為底層設備通信有以下特點：1)通信環(huán)境惡劣，可能受到溫度、濕度變化、塵埃、電壓波動、機械振動和電磁場干擾等因素影響。2)信息傳遞主要是設備與設備之間，故對通信可靠性要求高。3)通信內(nèi)容和時間一般可以預先設定，隨機、自發(fā)產(chǎn)生的信息相對較少，這可使通信協(xié)議大大簡化。4)由于有較多的監(jiān)控信息，實時性要求高。 5)要求有一定的故障診斷和容錯能力，以防止不必要的系統(tǒng)故障。6)距離短，頻度高?；谏鲜鎏攸c，底層設備互連網(wǎng)絡通常采用協(xié)議簡單、響應迅速、使用工控網(wǎng)絡中的低檔產(chǎn)品，如現(xiàn)場總線。西門子公司的profibus首先應用在802D中、低擋數(shù)控系統(tǒng)中。對802D而言，24V電源為“心臟”，PCU模塊為“大腦”，profibus為“神經(jīng)”。因為PCU和I/O以及伺服系統(tǒng)的連結均依靠p礎bus。PCU為主站，PPPP611U為從站，并均有節(jié)點地址。FAGOR公司的SERCOS主要用于CNC和伺服系統(tǒng)的通訊且采用光纜。最高傳輸速率為4M baud。SERCOS將CNC(8055，8070)和主軸、坐標軸驅動連結起來，每個節(jié)點亦有相應地址。從FAGOR 8070開始，CNC和I/O的連結采用CAN總線。FANUC I/O Link是CNC連結擴展I/O的現(xiàn)場總線系統(tǒng)的總線，而FFSB則是連接CNC和伺服系統(tǒng)的總線。 PLC功能繼續(xù)增強可編程控制器(PLC)在數(shù)控機床上主要完成MST功能(輔助功能)，即除了主運動以外的輔助功能，但目前PLC在數(shù)控機床上的功能正在逐漸擴大，例如：1)可通過報警文本編輯產(chǎn)生個性化的診斷頁面。2)PLC直接控制坐標軸。3)在系統(tǒng)配置和初始化時發(fā)揮作用，這個作用對西門子系統(tǒng)的PLC最為明顯。PLC的基本程序(非用戶梯形圖)在機床調(diào)整時，激活機床操作面板MCP并設置通道和主軸、坐標軸。通道相當FANUC中的Head。4)通過PLC提供的參數(shù)和CNC系統(tǒng)參數(shù)可以在PLC和零件加工程序之間傳遞信息，以完成某些特定功能。即PLC已經(jīng)滲透到零件加工程序的編制中。單獨的PLC可以完成全部的CNc功能，這已經(jīng)成為現(xiàn)實。但就目前而言，PLC主要還是在數(shù)控系統(tǒng)配置到機床上時起一個“接口”作用，包括MST功能，診斷功能等，這種功能正在不斷擴大。 CNC的通訊、網(wǎng)絡功能不斷擴大從早期的DNC，RS23422和485一直到目前的MAP，EtIlemet等，數(shù)控機床的網(wǎng)絡通訊功能在不斷增強。為解決大容量零件加工程序的傳遞和存儲，一是可采用DNC中的前端機進行分配和傳輸。而一臺前端機可控制多臺CNC。另外一種，對于帶PCMC認卡的CNC系統(tǒng)，可利用該存儲卡傳遞加工程序(一張卡為5—8M)。第二種最簡單的方法可利用CNC和后臺編輯功能，在切削時同時傳遞零件加工程序。CNC的通訊功能還有一個目的是上傳數(shù)控機床的狀態(tài)及故障信息，以便上位機監(jiān)控并進行故障診斷。西門子840D/810D可以通過電話線、ISDN、Internet、GSM或LAN、WAN、Intranet和上位機通訊，進行遠程診斷，但需安裝遠程診斷軟件、調(diào)制解調(diào)器，并有電話線或通過網(wǎng)卡進行。MAZAK公司的MAZATROL 640等亦具有這種功能。 數(shù)字式交流伺服成為主流數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)體積小，性能好，調(diào)試方便，克服了過去模擬伺服系統(tǒng)用電位器調(diào)節(jié)的不便。通過數(shù)字設定可優(yōu)化速度、電流環(huán)，可進行轉矩限制，進行加減速控制，另外可以和外部計算機通訊，備份伺服參數(shù)，并在上位機顯示電流、扭矩波形，便于觀察。CNC和數(shù)字式伺服的連接方法有以下幾種：1）備有現(xiàn)場總線的系統(tǒng)。例如西門子802D，F(xiàn)AGOR 8058070等，采用如圖1所示的連接。對FAGOR 8055，8070而言，現(xiàn)場總線SERCOS連接CNC和主軸、伺服驅動與圖1連接相同。2）FANUC數(shù)字伺服連接。伺服電動機上的編碼器將信號直接反饋給CNC系統(tǒng)，既作為位置反饋(半閉環(huán))，又作為速度反饋。CNC發(fā)出的速度指令送入驅動單元的JV1B和JV2B。OiC系統(tǒng)則采用FSSB光纖進行CNC和伺服通信，這和三菱伺服的連結類似。3）三菱公司數(shù)字伺服的連接。與上述FANUC系統(tǒng)有所不同是CNC僅向伺服驅動提供位置命令，位置環(huán)和速度環(huán)均在數(shù)字伺服MDSSVJ2之中完成，并且驅動單元之間亦為串行聯(lián)結，即所謂“位置環(huán)下移”現(xiàn)象。伺服系統(tǒng)具有原數(shù)控的部分功能，有利于簡化數(shù)控系統(tǒng)的結構，提高數(shù)控系統(tǒng)運行的可靠性。 數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境越來越友好數(shù)控系統(tǒng)如何安裝在一臺機床上，這就