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基於PC的開放式（shì）數控係統及（jí）實現分析（xī）

2020-6-18 來源：山西大同大學機電（diàn）工程學院作者（zhě）：王舒瑋

摘要：伴隨（suí）著（zhe）我國社會經濟的不斷進步與發展，計算機技術的發展與應用已經越來越廣泛（fàn），數（shù）控（kòng）係統也發生了嶄新（xīn）的變化。為此通過對基於PC開放式數控係統的（de）各種（zhǒng）實現方法進行詳細而（ér）深入的分（fèn）析，並重點對Windows環境下的麵向對象（xiàng）方式的開發方法（fǎ）進行相關（guān）研究，由此進行開放式（shì） PC 係統的開發方（fāng）案設計，希望能夠為相關（guān）領域的工作人員提供可參考（kǎo）的借鑒。

關鍵詞：PC；開（kāi）放（fàng）式；數控係統

1、 PC嵌入CNC模式（shì）的實現路徑

1.1 PC內嵌（qiàn）入CNC

PC 內（nèi）嵌入 CNC 所指的（de）是在 CNC 內安裝 PC 板，PC 板和CNC 間利用專用的總線進行連接。這種形式重點給相對比較大規模 CNC 生產控製器的廠家所普遍使用，它所（suǒ）存在的優點是，原始類型的

CNC基本（běn）上不需要實施任（rèn）何的改動就可以（yǐ）直接使用，並且其（qí）對於數據的傳送速度也是非常的快、係統的所做出的響應速（sù）度也很（hěn）快。當然其也存在不足（zú）的地方，其最大的不足就是其無法直接的使用或通（tōng）用

PC、受開放的限（xiàn）製。

1.2 CNC內嵌入PC

CNC 內嵌入 PC 所（suǒ）指的是，把運動（dòng）控製板與（yǔ）所有的 CNC 單元全部插到PC的擴展槽內。PC在對非（fēi）實時的數據進行處理的時（shí）候（hòu），實時數據的控製都是由（yóu） CNC 單元和運動控製板（bǎn）來完成的。這一模式的最大優點是可以有（yǒu）效確保係統的性能，軟件其自身特（tè）有的通用性也是非常強大的，並且同時針對編程來說也是非常靈活的。其所存在缺限的（de）地（dì）方是，CNC資源的原型很難被良好的利用，係統的穩固性仍需更深一步的研究。

2、 CNC嵌入PC模式在（zài）Windows下的實現

2.1 係統的設計

為了達到開放性的這一功能，在（zài）係統建模（mó）階段，一定要對以 PC 為基礎的 CNC 係統工作原（yuán）理進行各模塊結構的深入分析，之後再通過麵向對象技術，來把各模塊設置成（chéng）各個對象，然後再（zài）進（jìn）行匯總與分析。

2.1.1用戶的輸入與輸出界麵

用戶的（de）輸入其著重指的是用戶對於數控的相關指令代碼和所發出的指令進行輸入（rù），或是對係統進（jìn）行配置等。係統數（shù）據指令輸出其重點任務是對實時的仿真及顯示現時加（jiā）工的狀態等進行合理的管控。

2.1.2 CNC的（de）任務協調（diào）及通信模塊

此模塊（kuài）被明確為整（zhěng）個係統結構的內核，實現各模塊之間的互相通信與協調工作的根本保障。一方麵對界（jiè）麵和控製層的相（xiàng）應信息實（shí）施互換，另外一方（fāng）麵還負責係（xì）統中各個子模塊的任務協調，並且同時還（hái）實時的對 I/O 卡傳送數據（jù）或是對數據（jù）進行采集。

2.2 係統（tǒng）的實現

在通用的Windows操作係統下（xià），用（yòng）強大功能的編程語言來（lái）完成的。

2.2.1支持多線路

線程是屬於32位的操作係統，其本身存在很多的優點。對於數控這一係統而言，對其最有效的特（tè）點是其強力支持搶占的多任務機製，可台實（shí）時的適（shì）應高速度（dù），同時各線程之間也互不相幹擾，對於功能的增減和擴展非常的有利。

2.2.2能夠對高（gāo）精度形成實時的響應

這一種實時性的功能不需要各程序（xù）員及相（xiàng）應硬件給予支持，並且還同時能應用多個實時的信息數據。實時響應其精度非常的高，完全（quán）可以滿（mǎn）足數控的相應要求。在Windows 係統（tǒng）的基（jī）礎上達（dá）成數控係統，對這兩（liǎng）方麵的優點（diǎn）我們要有效的加以利用。一是係統本身的構成是（shì）由界麵（miàn）、內核兩個模塊所構建形成的。在實施編程期間，這兩類模塊所對應的Windows 係（xì）統中兩個進程。而各功能中的各（gè）子模塊是內（nèi）核進程的不同線程。它們全都（dōu）是由內核（hé）輔助其分別啟動的，並對數控的代碼完成解釋和插補的相關任務，最後在通過位控的線程來把信號發送出去，以驅動（dòng）環（huán）節來對機床實（shí）施控製並完（wán）成加工。二（èr）是要重點考慮到各個子模塊加（jiā）工處於同步工作狀態，且實時的要求不同，所以在協調與調度的時候，可以運用以下的方法來進（jìn）行：首先，實時（shí）性在插補與位控線程中的（de）要求（qiú）是非常高的，其任務整個過程的周期（qī）是 4ms；其次（cì），仿真中對於實時性的規（guī）定相對偏低一些，其任務過（guò）程的周期是 80ms；最後，計算解釋的精準（zhǔn）實時性，主要以實現插補標準為基礎。隨後（hòu）進入編程期間可以為線程（chéng）設置優先級。

2.3 技術（shù）研究

在NC軟件當中，對實（shí）時性的處理非常困難，這點也（yě）是常用（yòng）操作係統當中組成（chéng）數控係統的重點。因為Windows係統本身就屬於（yú）一（yī）類弱（ruò）實時的操作係統，針對實時性（xìng）任務來說，Windows係統程序初始任務的調度機製是無法（fǎ）完成（chéng）的，隻能（néng）以別的方（fāng）式來實現。

Windows 係統程（chéng）序中的 System.drv 供給（gěi）了時鍾函數。這些函數主要（yào）作用（yòng）是用來輔助係統程序中時鍾回調函數的有（yǒu）效安裝，係統程序的時鍾（zhōng）避（bì）開Windows係統中的消息工具，其過（guò）程（chéng）更似於人們在

DOS 環境（jìng）下安裝係統時鍾（zhōng）的（de）中斷程（chéng）序。但係統程序中的（de）時鍾（zhōng），其頻率為每秒 18.2 次，而數控的係統通常得需（xū）以毫秒來進行控製，因此說（shuō）其實時性非常的不好。需要注意，一定要把此多媒體（tǐ）程序中的定時回（huí）調函數（shù）視（shì）為中（zhōng）斷代碼，因為其都是由中斷服務係統來直接進行調用的（de）。回調函數要刻於指定的、不能（néng）輕易移動的、也廢棄（qì）不了的環節中，所以，一定要在動態的連接庫當中來完成。如以上的方法都無法達（dá）到精度的高標準，就需考慮硬件的直接編（biān）程（chéng）。此方（fāng）法（fǎ）是通過計算機（jī）的外掛定時器，把閑置的硬件的中斷信號傳給它，對設備（bèi）的驅動（dòng）程序進行編寫，以此來對定時實施控製（zhì），對中斷服務作出反饋及（jí）響應。這種編程其在實際實施時是非常複（fù）雜的，但卻能使定（dìng）時的精度達到（dào）小於1ms。

3 、結語

從（cóng）當下的分析結果來看，基於 PC 開（kāi）放式的數控（kòng）係統的分析（xī）及實現正處在起步階段，還有很多的問題需要我們在具體的（de）實踐當（dāng）中解決。但因為PC的開（kāi）放化、網絡化優點，及PC技術（shù）和文化的持續進步，將會（huì）帶給開放式PC更好（hǎo）的發展。

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