一种高性能、开放式软件数控系统及其应用

自1952 年诞生*台数控机床，数控机床的发展经历了数字控制（NC）、计算机数字控制（CNC）两个阶段。数控系统也从*代采用电子管起，历经了采用晶体管、小规模集成电路、小型计算机技术到1974年左右发展到采用微处理器的专用NC阶段。90年代初期，数控系统进入基于PC机的阶段。基于PC机的数控系统（CNC）又分为以下几种类型： 　　（1） PC机嵌入NC型 　　在传统的专用NC中简单地嵌入PC技术，NC可以共享一些计算机的软硬件资源，而计算机只参加辅助编程、分析、监控、生产管理和工艺编制等工作。由于这种数控系统的NC部分仍是专用结构，用户无法进入数控系统的核心，所以属于初步开放的数控系统。 　　（2） NC嵌入PC型 　　这是完全采用PC机为硬件平台的数控系统，运动控制（包括轴控制和机床逻辑控制）功能由配有专用控制芯片的独立的运动控制器完成，通常以PC插件（符合ISA或PCI总线标准）形式的硬件或通过网络连接的嵌入式系统实现。运动控制软件由NC生产厂商设计，用户无法修改。只是NC的上层软件（数控语言解释器/人机界面等）以PC操作系统（例如Windows）为平台，因此这种数控系统只是在上位机层面上实现了开放性。 　　（3） 全软件型 　　这是完全采用PC机软件控制的一种数控系统，它把运动控制器以应用软件的形式实现，这是一种zui新开放体系结构的数控系统，能够提供给用户zui大的选择和灵活性，已经成为新一代CNC的主流。 　　众所周知，目前zui常用的Windows桌面操作系统是多线程、抢先多任务的32位操作系统，实时性比较差。而实时控制又是数控系统的关键所在，它决定了数控机床的加工速度和加工精度。因此有些数控系统采用原始的DOS操作系统作为软件平台，可以满足一般的实时性要求。但是，运行在实模式下的16 位单任务的DOS操作系统没有发挥出32位PC机的优势，而且应用程序受640k内存限制，并可直接对硬件操作，系统可靠性也很难保证。而目前市场上基于Windows的实时操作系统（或软件），如WindowsCE. NET等的价格又比较昂贵，不利于在数控机床行业的普及。本文介绍的香港海德盟数控技术有限公司开发的Hi-800系列基于PC的数控系统引入德国Power Automation（以下简称PA）公司的实时控制内核，弥补了Windows桌面操作系统实时性差的不足，是一种真正的全软件型开放式数控系统，可广泛应用于各种数控机床、加工中心及一些特殊用途机床的复杂控制中。 　　Hi-800数控系统组成 　　Hi-800系列数控系统是按照工业级标准，应用PC技术制造的高性能CNC。系统采用Windows NT操作系统及PA实时内核（Real Time Kernel），使用户可以拥有操作方便的窗口式人机界面，同时使得利用硬盘作为NC内存成为可能。而且从简单的串行口到复杂的通信网络都能得到应用。