一、開放式數(shù)控系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)及模塊功能優(yōu)勢

　?。ㄒ唬┫到y(tǒng)概論。目前用于傳動數(shù)據(jù)通訊、數(shù)字伺服的國際通用標(biāo)準(zhǔn)即為SERCOS接口，它是一種交換協(xié)議，它用于高精度及高速運(yùn)動控制的數(shù)據(jù) 、現(xiàn)場總線接口的數(shù)據(jù)交換。圖1即為此項(xiàng)數(shù)控系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 基于SERCOS接口技術(shù)的開放式數(shù)控體系模塊結(jié)構(gòu)示意圖

　?。ǘ┫到y(tǒng)各模塊的功能優(yōu)勢。1.Soft SERCOS。采用Soft SERCOS能夠簡化SERCOS接口，具有更加有效的作用，應(yīng)用Soft SERCOS搭建了軟件橋梁，實(shí)現(xiàn)了控制器、SERCOS接口之間的連接，進(jìn)一步簡化了SERCOS接口硬件的復(fù)雜性，提供了更加方便的開發(fā)平臺，便于CNC開發(fā)者應(yīng)用、工作。2.SERCOS接口。采用光纖傳輸方式實(shí)現(xiàn)SERCOS接口傳輸，具有以下優(yōu)勢：①實(shí)時(shí)性。因采用光纖傳輸環(huán)路，數(shù)據(jù)傳輸速率有2、4、8、16Mbit，適用于多軸聯(lián)動控制，方便高精度、高速定時(shí)定位控制；②抗干擾性。交流伺服系統(tǒng)的伺服器會產(chǎn)生較大的干擾信號，造成了系統(tǒng)測量信號的一定影響，采用SERCOS光纜能隔離伺服器和AD等信號，還能減輕伺服系統(tǒng)受到的干擾；③擴(kuò)展性。依據(jù)通信周期、通信速度、操作次數(shù)等可以將環(huán)路上的連接節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展至250多個(gè)；④可靠性。采用環(huán)形串行通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將連接電纜極大減少，不但方便安裝維護(hù)，還能將系統(tǒng)可靠性進(jìn)一步提升。3.Soft CNC平臺。Soft CNC平臺是整個(gè)體系開放性所在，此模塊的自由度最大。Soft SERCOS是連接底層運(yùn)作執(zhí)行部件與CNC的接口，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了開放性。這個(gè)平臺是連接網(wǎng)絡(luò)通訊模塊、用戶界面、Soft SERCOS的主要接口，可以為用戶提供更加適合用戶應(yīng)用、更為簡潔的數(shù)控軟件開發(fā)平臺。Soft CNC平臺以各種數(shù)控設(shè)備的共性做基礎(chǔ)，擴(kuò)展?jié)M足不同數(shù)控系統(tǒng)的個(gè)性需求。在此平臺上，用戶可依據(jù)個(gè)人行業(yè)需求對開發(fā)軟件模塊進(jìn)行自我重組。利用共享內(nèi)存將運(yùn)動數(shù)據(jù)送至Soft SERCOS，然后經(jīng)過SERCOS接口將其送達(dá)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

二、系統(tǒng)的軟硬件平臺構(gòu)建

　?。ㄒ唬┯布脚_?；赟ERCOS接口的開放式數(shù)控系統(tǒng)硬件要求：（1）PC機(jī)；（2）SERCOS接口；（3）光纜機(jī)；（4）伺服驅(qū)動器；（5）伺服電動機(jī)。其中伺服驅(qū)動器和伺服電動機(jī)的數(shù)量根據(jù)用戶的需要選擇。

　　SERCOS卡屬于一種即插即用的計(jì)算機(jī)通用接口卡，將會形成環(huán)路基于I/O和驅(qū)動之間，這個(gè)環(huán)路即為SERCOS接口環(huán)路，采用光纖傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)連接。I/O站作為輸入輸出模塊，對按鈕、輸出等進(jìn)行控制，光纜環(huán)與I/O的連接通過連接模塊實(shí)現(xiàn)，連接米快同樣也是通訊轉(zhuǎn)接單元，通訊信息的處理采用的是Soft SERCOS，因此SERCOS卡是被動式主控卡。基于軟件功能基礎(chǔ)不但實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)的控制功能，還具有較強(qiáng)的開放性，因此此項(xiàng)開放式數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)相對較簡單。

　?。ǘ┸浖脚_。開放式數(shù)控系統(tǒng)軟件要求：（1）實(shí)時(shí)操作子系統(tǒng) RTX5.0；（2）Windows Nt4.0，要求內(nèi)存至少為32兆，通常情況下要求內(nèi)存64兆；（3）具有實(shí)時(shí)內(nèi)核的Borland C++5.0；（4）Soft SERCOS。結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于SERCOS接口的開放式數(shù)控體系的軟件平臺結(jié)構(gòu)示意圖

　　由于高速度、高精度數(shù)控系統(tǒng)在通常情況下都會要求具備較高的實(shí)時(shí)性，所以一般會保持在1ms范圍內(nèi)，本次研究的數(shù)控系統(tǒng)利用RTX5.0軟件對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)性控制。

　　在RTX5.0軟件中心增加了一個(gè)RTX實(shí)時(shí)子系統(tǒng)，即RTSS，RTSS擁有獨(dú)立的Api和執(zhí)行環(huán)境，但它不能利用NT的調(diào)度，執(zhí)行的是自己的實(shí)時(shí)線程調(diào)度，且多有的線程調(diào)度經(jīng)在Windows任務(wù)調(diào)度之前。RTX包括HAL，也就是進(jìn)行了抽象擴(kuò)展的實(shí)時(shí)性硬件擴(kuò)展層，對于RTSS、NT之間的中斷絕緣性的實(shí)現(xiàn)應(yīng)用HAL完成。RTSS還有屏蔽Windows中斷的功能。而且實(shí)時(shí)HAL還具備基本異常處理、軟件中斷機(jī)制等性能。

　　RTX API基于Win32 API基礎(chǔ)，只要開發(fā)者熟悉Win編程，就可以利用其作為開發(fā)工具，對于部分Win32 API來說RTX都支持，語法上，RTAPI具備了更好的實(shí)時(shí)性。RTSS進(jìn)程可以實(shí)現(xiàn)和C Run Time Libraries的靜態(tài)鏈接，于此同時(shí)RTX還支持Unicode。不過它并不是對所有的Win32函數(shù)均支持，所以通常情況下至少包含了2個(gè)進(jìn)程，一個(gè)基于Win32，一個(gè)基于RTSS，確保了實(shí)時(shí)性。設(shè)備管理、內(nèi)存管理、時(shí)鐘和定時(shí)器、內(nèi)部進(jìn)程通信、中斷管理、文件輸入輸出管理以及進(jìn)程與線程管理均屬于RTX函數(shù)的內(nèi)容。

三、總結(jié)

　　基于SERCOS技術(shù)，利用SERCOS卡通過SERCOS接口開發(fā)開放式數(shù)控系統(tǒng)，將系統(tǒng)的動態(tài)性、開發(fā)性極大的提升了，采用RTX5.0軟件實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性控制，更加方便CNC開發(fā)者的應(yīng)用及工作。