數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的概念及開放途徑

數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的概念
應(yīng)用計(jì)算機(jī)的數(shù)控機(jī)床是綜合了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、傳感器及測量技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)等領(lǐng)域的最新成就發(fā)展起來的，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。
盡管數(shù)控系統(tǒng)從系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式千差萬別，但其基本組成與原理都是類似的。作為一個(gè)典型的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，任何數(shù)控系統(tǒng)都離不開硬件和軟件的支持。通過系統(tǒng)控制軟件配合系統(tǒng)硬件，合理地組合、管理數(shù)控系統(tǒng)的輸入、數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)和信息輸出，控制執(zhí)行部件，使數(shù)控機(jī)床按照操作者的要求有條不紊地進(jìn)行加工。
CNC系統(tǒng)的硬件是系統(tǒng)工作的物質(zhì)基礎(chǔ)。

其中由CPU、總線、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外設(shè)構(gòu)成了專用計(jì)算機(jī)的基本系統(tǒng)。由入機(jī)控制、運(yùn)動(dòng)控制、可編程機(jī)床控制器(PMC)及基本輸入輸出接口構(gòu)成設(shè)備支持層，可以和各種外部設(shè)備、系統(tǒng)連接。
CNC系統(tǒng)的軟件是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)千變?nèi)f化控制功能的靈魂，一般由操作系統(tǒng)、CNC管理軟件和控制件組成。其中操作系統(tǒng)提供基本的軟件開發(fā)平臺(tái)和運(yùn)行支持；CNC管理軟件承擔(dān)零件加工程序的輸入輸出、系統(tǒng)的狀態(tài)顯示和故障滲斷以及CNC各功能軟件的協(xié)調(diào)調(diào)度等；控制軟件負(fù)責(zé)完成CNC系統(tǒng)的加工控制功能，包括零件程序的解釋、數(shù)掘處理、刀具補(bǔ)償、插補(bǔ)運(yùn)算，各坐標(biāo)軸的位置控制、速度控制以及機(jī)床的輔助裝置控制等。
CNC系統(tǒng)的硬件和軟件構(gòu)成了CNC系統(tǒng)的平臺(tái)。之所以稱為系統(tǒng)平臺(tái)是因?yàn)椋环矫妫峁┝薈NC系統(tǒng)完整的控制功能：另一方面，它允許在此平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓δ軘U(kuò)展和開發(fā)。
通常，將CNC裝置的系統(tǒng)平臺(tái)的構(gòu)筑方式稱為CNC的體系結(jié)構(gòu)，它包括系統(tǒng)的硬軟件組成部件的劃分、各部件間的連接與約束，如拓?fù)潢P(guān)系、同步關(guān)系、通訊協(xié)議等。由此可見，CNC系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)不僅可為系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和建造提供參考框架，也是指導(dǎo)系統(tǒng)在整個(gè)生存周期內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)展、更新、維護(hù)和二次開發(fā)的基礎(chǔ)。
因此，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的研究不僅直接關(guān)系到ChIC系統(tǒng)的開發(fā)周期與成本，以及數(shù)控產(chǎn)品的性能和生存周期，同時(shí)更關(guān)系到CNC系統(tǒng)中間用戶、最終用戶進(jìn)行集成和使用維護(hù)的成本和便利性。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)越來越引起各界的重視。

數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的開放途徑
關(guān)于開放體系結(jié)構(gòu)的定義，目前尚有較大的爭議。根據(jù)IEEE關(guān)于開放式系統(tǒng)的定義：一個(gè)開放式的系統(tǒng)應(yīng)能夠在多種平臺(tái)上運(yùn)行，能夠與其它系統(tǒng)進(jìn)行互操作，并能向用戶提供統(tǒng)一風(fēng)格的交互界面。
對(duì)于一個(gè)開放式的數(shù)控系統(tǒng)來說，也應(yīng)遵循這些基本要求。一個(gè)開放的控制系統(tǒng)應(yīng)具有完全模塊化的結(jié)構(gòu)。模塊之間具有互換性、可擴(kuò)展性、可移植性和互操作性，這是一個(gè)開放系統(tǒng)的基本特征。
如何使封閉式專用系統(tǒng)走向開放，不同的系統(tǒng)開發(fā)商及研究機(jī)構(gòu)對(duì)此提出了多種解決方案。括起來，按開放的層次不同可分三種途徑，它們的開放層次不同，實(shí)現(xiàn)的難度不等，獲得的開放效果也相差很大，如圖2．2所示。圖中，虛線將控制系統(tǒng)劃分為人機(jī)控制(MMC，Man--Machine Contr01)層和控制內(nèi)核層兩個(gè)層面，其中控制內(nèi)核是CNC系統(tǒng)完成實(shí)時(shí)加工過程調(diào)度和控制的核心部分，一般和系統(tǒng)實(shí)時(shí)性相聯(lián)系。三種方式就是基于對(duì)這種兩個(gè)層面開放的不同處理來區(qū)分的。