基于LINUX的開放式結構數控系統

 1．系統組成

   該系統是一個基于標準PC硬件平臺和LINUX與RTLinux結合的軟件平臺之上，設備驅動層采用現場總線互連、與外部網絡或INTRANET采用以太網連接，形成一個可重構配置的純軟件化結合多媒體和網絡技術的高檔開放式結構數控系統平臺。

   該平臺數控系統運行于沒有運動控制卡的標準PC硬件平臺上，軟件平臺采用LINUX和RTLINUX結合，一些時間性要求嚴的任務，如運動規劃、加減速控制、插補、現場總線通訊、PLC等，由RTLINUX實現，而其他一些時間性不強的任務在LINUX中實現，詳見圖軟件結構框圖。

    基于標準PC的控制器與驅動設備和外圍I/O的連接采用磁隔離的高速RS422標準現場總線，該總線每通道的通訊速率為12Mbps時，采用普通雙絞線通訊距離可達100米。主機端為PCI總線卡，有四個通道（實際現只用兩個通道-一個通道連接機床操作面板，另一通道連接設備及I/O），設備端接口通過DSP芯片轉換成標準的電動機控制信號。每個通道的控制節點可達32個，每個節點可控制1根軸（通過通訊協議中的廣播同步信號使各軸間實現同步聯動）或一組模擬接口（測量接口，系統監控傳感器接口等）或一組PLC I/O（最多可達256點），PLC的總點數可達2048點（可參見圖現場總線網絡拓撲結構）。

2、系統主要特點：

（1）控制器具有動態地自動識別系統接口卡的功能，系統可重配置以滿足不同加工工藝的機床和設備的數控要求，驅動電動機可配數字伺服、模擬伺服和步進電動機；

（2）網絡功能。通過以太網（不用過時的、價格昂貴，缺乏廣泛的支持MAP協議）實現數控系統與車間網絡或INTRANET/INTERNET的互連，利用TCP/IP協議開放數控系統的內部數據，實現與生產管理系統和外部網絡的高速雙向數據交流。具有常規DNC功能（采用百兆網其速率比傳統速率為112K的232接口 DNC快將近一千倍）、生產數據和機床操作數據的管理功能、遠程故障診斷和監視功能；

（3）系統除具有標準的并口、串口（RS232）、PS2（鍵盤、鼠標口）、USB接口、以太網接口外，還配有高速現場總線接口（RS422）、PCMCIA IC Memory Card（Flash ATA）接口、紅外無線接口（配刀具檢測傳感器）；

（4）顯示屏幕采用12.1寸 TFT-LCD。采用統一用戶操作界面風格，通過水平和垂直兩排共18個動態軟按鍵滿足不同加工工藝機床的操作要求，用戶可通過配置工具對動態軟按鍵進行定義。垂直軟按鍵可根據水平軟按鍵的功能選擇而改變，垂直菜單可以多頁。

（5）將多媒體技術應用于機床的操作、使用、培訓和故障診斷，提高機床的易用性和可維性，降低使用成本。多媒體技術提供使用操作幫助、在線教程、故障和機床維護向導；

（6）具有三維動態加工仿真功能；利用OpenGL技術提供三維加工仿真功能和加工過程刀具軌跡動態顯示；

（7）具有Nurbs插補和自適應Look ahead功能，實現任意曲線、曲面的高速插補。輸出電動機控制脈沖頻率最高可達4MHz（采用直接數字合成DDS IC實現），當分辯率為0.1mm時，快進速度可達24米，如有需要可輸出更高的頻率），適合于高速、高精度加工；

（8）伺服更新可達500ms（控制6軸，PENTIUM  = 3 \* ROMAN III以上 CPU），PLC掃描時間小于2ms；

（9）PLC編程符合國際電工委員會IEC-61131-3規范，提供梯形圖和語句表編程；

（10）采用高可靠性的工控單板機（SBC），加強軟硬件可靠性措施，保證數控系統的平均無故障時間（MTBF）達到20000小時；

（11）符合歐洲電磁兼容標準（Directive 89/336/EEC）4級要求；

（12）數控系統本身的價格（不包括伺服驅動和電動機）可為現有同功能的普及型和高檔數控系統的1/2。