软件化数控系统内核介绍
更新日期:2021-07-19  来源:本站整理

  软件化数控系统内核扩展了数控系统的柔性和开放性,降低了系统成本。

随着计算机性能的提高和实时操作系统的应用,软件化NC内核将被广泛接受。它使得数控系统具有更大的柔性和开放性,方便系统的重构和扩展,降低系统的成本。数控系统的运动控制内核要求有很高的实时性(伺服更新和插补周期为几十微秒~几百微秒),其实时性实现有两种方法:硬件实时和软件实时。

在硬件实时实现上,早期DOS系统可直接对硬中断进行编程来实现实时性,通常采用在PC上插NC I/O卡或运动控制卡。由于DOS是单任务操作系统,非图形界面,因此在DOS下开发的数控系统功能有限,界面一般,网络功能弱,有专有硬件,只能算是基于PC化的NC,不能算是真正的开放式数控系统,如华中I型,航天CASNUC901系列,四开SKY系列等;Windows系统推出后,由于其不是实时系统,要达到NC的实时性,只有采用多处理器,常见的方式是在PC 上插一块基于DSP处理器的运动控制卡,NC内核实时功能由运动控制卡实现,称为PCNC的融合。这种方式给NC功能带来了较大的开放性,通过WindowsGUI可实现很好的人机界面,但是运动控制卡仍属于专有硬件,各厂家产品不兼容,增加成本(1-2万元),且Windows系统工作不稳定,不适合于工业应用(WindowsNT工作较稳定)。目前大多宣称为开放式的数控系统属于这一类,如功能非常强大的MAZAKMazatrol Fusion 640,美国A2100Advantage 600,华中HNC-2000数控系统等。

在软件实时实现上,只需一个CPU,系统简单,成本低,但必须有一个实时操作系统。实时系统根据其响应的时间可分为硬实时(Hard real time,小于100微秒),严格实时(Firm real time小于1毫秒)和软实时(Soft real time,毫秒级),数控系统内核要求硬实时。现有两种方式:一种是采用单独实时操作系统如QNXLynxVxWorksWindowsCE等,这类实时操作系统比较小,对硬件的要求低,但其功能相对Windows等较弱。如美国Clesmen大学采用QNX研究的Qmotor系统;另一种是在标准的商用操作系统上加上实时内核,如WindowsNTVenturCOM公司的RTXLinuxRTLinux等。这种组合形式既满足了实时性要求,又具有商用系统的强大功能。LINUX系统具有丰富的应用软件和开发工具,便于与其他系统实现通讯和数据共享,可靠性比Windows系统高,LINUX系统可以三年不关机,这在工业控制中是至关重要的。目前制造系统在WINDOWS下的应用软件比较多,为解决Windows应用软件的使用,可以通过网络连接前端PC扩展运行WINDOWS应用软件,既保证了系统的可靠性又达到了已有软件资源的应用。WindowsNT+RTX组合的应用较成功的有美国的OpenCNC和德国的PA公司(自己开发的实时内核),这两家公司均有产品推出,另外SIMENS公司的SINUMERIK® 840Di也是一种采用NT操作系统的单CPU的软件化数控系统。LinuxRTLinux是源代码开放的免费操作系统,发展迅猛,是我国力主发展的方向。