基于PC+运动控制卡的开放式数控系统的研究

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基于PC的开放式数控系统研究的开题报告

基于PC的开放式数控系统研究的开题报告一、选题背景数控系统作为高端制造业中不可缺少的一环，随着工业4.0和智能制造的发展，其重要性越来越凸显。

而数控系统的开放性则是实现个性化、定制化生产的必要条件。

传统数控系统在软硬件技术上的限制使得其无法满足日益增长的生产需求。

因此，基于PC的开放式数控系统应运而生，该系统可以便捷地实现数控编程、控制和监视，同时可以与外部设备、软件、云端等进行连接，实现各种类型的数字化生产。

二、研究目的与意义本课题旨在研究基于PC的开放式数控系统的构建与应用，以满足个性化、定制化生产的要求。

具体目标包括：1.研究开放式数控系统的设计原理、功能结构和软、硬件实现技术，构建可复用的系统架构；2.探索数控编程的模型和规范，实现编程语言的标准化和自动化，提高编程效率；3.设计数控监视系统，实现对机床、工件等制造过程的实时监控，提高生产质量和效率；4.研究开放式数控系统与其他数字化制造系统的连接技术，实现数字化生产流程的无缝连接；5.应用开放式数控系统于零件的生产加工中，提高生产效率、降低生产成本。

本研究的意义在于：1. 推进数控系统的开放化，使其能够更好地适应日益多样化和个性化的生产需求；2. 促进数控编程和监视技术的发展，提高数字化生产的自动化和智能化水平；3. 推动数字化制造技术的进步，提高制造业的竞争力和产业价值。

三、研究内容和方法1. 系统架构设计。

通过研究现有的数控系统架构方案，结合实际需求，设计可复用、开放式的数控系统架构。

2. 数控编程模型与规范研究。

研究数控编程模型的描述方法，并设计数控编程规范，实现编程语言的标准化和自动化。

3. 数控监视系统设计。

研究机床监控和工件状态监测技术，设计可靠、实时的数控监视系统，实现对制造过程的全面监测。

4. 连接技术研究。

研究数字化制造系统间的连接技术，包括底层接口、通用协议和数据交换方式等，实现数字化生产流程的无缝连接。

5. 生产加工应用。

基于运动控制卡的开放式数控系统研究与开发

使用、升级等带来诸多不便．也使得数控系统很难应用上计算
上述种组建形式中．Ｐｃ嵌入Ｎｃ型的开放程度较低且
机技术和网络技术的最新成果．这些都阻碍了数控技术的进其仍依赖于传统的封闭的数控系统技术纯ＰＣ全软件型的硬
一步发展。为解决上述问题，Ｐｃ技术开始融人数控技术领域，件成本最低，但是软件的开发最复杂．不易于实现．．ＮＣ嵌入
灵活性和高运算速度：利用Ｐｃ机丰富的软件资源和强大的开发工具来进行数控系统控制功能的开发、软件功能的扩展及软系件统
摄像系统
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人机界面、通讯联网等功能的丰富目前通过ＰＣ—ＮＣ形式来平白ｌ操作荼统：Ｗｉａｔｌａ￣ＣＬｉａａｘｌ
这种结构的优点是传统专用数控不需要做改动就可以工作．硬件Ｉ１．— 运动控制卡卜＝＝旺塑画垂雯］．．竺，伺服电机
季蓍一 — — 嵌入的ＰＣ机则可以用来处理非实时的任务。但这种结构保留
机床主体
了原有数控系统的封闭性．它的开放性只限于嵌入的Ｐｃ部
分。
（２）ＮＣ嵌入ＰＣ型。这种结构是将整个ＮＣ功能硬件插入
图１开放式数控系统的体系结构
到ＰＣ的扩展槽中．ＰＣ和ＮＣ之间通过ＰＣ总线进行连接和通这种开放式数控系统采用两级计算机的上、下位机结构，
讯。这种结构一般采用上、下位机的交互通讯模式。这种结构上位机是Ｐｃ机．下位机是运动控制卡Ｐｃ机负责人机交互、

基于PC_运动控制卡的开放式数控系统的研究

＊来稿日期：２００７－１０－２２"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""#"""""""""""""""""$%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%$"""""""""""""""""$【摘要】通过对开放式数控系统的发展及定义的分析，提出了一种基于ＰＣ机和运动控制卡的开放式数控系统的设计方案，并分析了以ＰＣ机和运动控制卡为基础搭建开放式数控系统硬件平台和软件平台的理论依据及实现方法。

关键词：开放式数控系统；运动控制卡；实现【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ＡｄｅｓｉｇｎｏｆＯｐｅｎ－ＣＮＣｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＰＣａｎｄｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｃａｒｄｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆＯｐｅｎ－ＣＮＣａｎｄｉｔｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎｄｍｅｔｈｏｄｔｏｓｅｔｕｐｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍｗａｓａｌｓｏｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｏｐｅｎ－ＣＮＣ；Ｍｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｃａｒｄ；Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｏｄｉｏｎ中图分类号：ＴＨ１６，ＴＰ２７文献标识码：Ａ基于ＰＣ＋运动控制卡的开放式数控系统的研究张宏李富平（北京工业大学，北京１０００２１）ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＯｐｅｎ－ＣＮＣＢａｓｅｄｏｎＰＣａｎｄｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｃａｒｄＺＨＡＮＧＨｏｎｇ，ＬＩＦｕ－ｐｉｎｇ（ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２１，Ｃｈｉｎａ）１引言数控机床的拥有量及其年产量是衡量一个国家制造能力的重要指标，数控系统的发展是促进数控机床不断发展的技术因素。

基于运动控制卡的开放式数控系统研究

兰州交通大学毕业设计（论文）摘要数控系统的开放性是当今数控系统发展的主流,开放式数控系统研究的目地是开发一种模块化的、可重构的、可扩充的控制系统的结构,以增强数控系统的柔性,在体系结构上给用户二次开发留有更多的余地,从而可以快速的响应新的加工需求。

概述了数控系统的发展现状,介绍了开放式数控系统的结构,在此基础上提出了一套NC嵌入PC型的开放式数控系统,并对其软硬件进行了研究。

数控系统是一种以PC为硬件平台的控制系统，PC以其良好的开放性成为数控系统的基础。

开放式数控系统按其结构可以分为：NC嵌入PC型、PC嵌入NC型以及全软件型，在分析了这几种数控系统的优缺点后，重点研究了NC嵌入PC型的开放式数控系统，对其软硬件进行分析，设计出了数控系统的总控制框图，并使用VB做出了数控系统的控制界面。

关键字：数控系统；NC嵌入PC型；运动控制卡；硬件；软件1兰州交通大学毕业设计（论文）AbstractNowadays the characteristic of openness of the CNC systems is becoming one of the most important directions of CNC development. The research of openness into the CNC systems aims to build a modular, reconfigurable and expandable architecture of CNC systems to improve the system’s flexibility and to enable the re-development of the systems. As a result, the CNC systems can respond to the market quickly and economically.Based on the general situation about NC system development, it presents the architecture of opening NC-embedded PC system. It introduces the hardware and software in this system. The CNC system, which is a kind of control system based on PC hardware platform, is categorized according to the different functions of PC in the system. The opening style computerized numerical control system can be divided into three forms according to their structure: NC embedded PC structure, PC embedded NC structure and the whole software model. After the analysis of the advantages and disadvantages of these types of CNC systems, the study focuses on the opening NC embedded PC system’s hardware and software. By analyzing the overall control of the CNC, the author designs the general system block diagram and develops the control interface of the NC system by VBKey words: Computerized numerical control (CNC) system; Opening; NC embedded PC; Motion control card; Hardware; Software2兰州交通大学毕业设计（论文）目录第一章绪论 ························································································································· - 1 -1.1数控系统的发展····································································································· - 1 -1.2 数控系统的组成和工作原理················································································ - 2 -1.2.1数控系统的组成·························································································· - 2 -1.2.2数控系统的工作原理·················································································· - 2 -1.3 开放式数控系统···································································································· - 4 -1.3.1 开放式数控系统产生的历史背景····························································· - 4 -1.3.2开放式数控系统的概念和特征·································································· - 4 -1.3.3开放式数控系统的优点·············································································· - 5 -1.3.4开放式数控系统结构的分类······································································ - 5 - 第二章数控系统的实现····································································································· - 7 -2.1 数控系统硬件的实现···························································································· - 7 -2.1.1 数控系统硬件综述····················································································· - 7 -2.1.2 嵌入式系统硬件结构················································································· - 8 -2.1.3 NC嵌入PC式结构数控系统的硬件组成·················································· - 9 -2.1.4 MPCO7运动控制卡简介············································································ - 10 -2.2 数控系统软件的实现·························································································· - 12 -2.2.1 数控系统软件综述··················································································· - 12 -2.2.2 CNC系统的软件结构及控制···································································· - 13 -2.2.3 CNC系统典型的软件结构模式································································ - 18 -2.2.4 NC嵌入PC型开放式数控系统的软件结构············································ - 18 -2.2.5 各级中断的具体含义··············································································· - 18 -2.2.6 NC嵌入PC型数控系统软件的工作过程················································ - 19 -2.2.7 数控系统总程序框图··············································································· - 20 - 第三章开放式数控系统的界面······················································································· - 25 -3.1 人-机界面概述···································································································· - 25 -3.2 开放式数控系统操作面板键盘说明·································································· - 25 -3.2.1系统键盘说明···························································································· - 26 -3.2.2用户操作面板···························································································· - 26 -3兰州交通大学毕业设计（论文）3.3界面具体示意图·································································································· - 27 - 第四章数控系统的通信····································································································· - 32 -4.1 数控系统的通信设备及接口·············································································· - 32 -4.2 数据通信的基本概念·························································································· - 32 -4.2.1数据通信系统的组成················································································ - 32 -4.2.2 数据通信方式··························································································· - 35 -4.2.3 数据通信的联接方式··············································································· - 35 -4.3异步串行通信接口······························································································· - 35 -4.4 网络通信及其接口······························································································ - 36 - 结论 ································································································································· - 37 - 致谢 ································································································································· - 37 - 参考文献 ····························································································································· - 39 - 附录 ····································································································································· - 39 -4兰州交通大学毕业设计（论文）第一章绪论数控技术作为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，已成为先进制造技术的重要组成部分，是发展现代集成制造和智能制造的主体技术，是当今各种先进制造系统的基础和前提条件。

一种基于PC的开放式数控系统的研究

１１系统的硬件结构．
ＮＣ之间通过ＰＩＣ总线连接通信。该系统将仿真模块、文件管理、参数设置等非实时任务以及译码程序、刀补程序、粗插补程序等弱实时任务置于Ｐｃ中，充分利用Ｐｃ的文件管理和数据处理能力；强实时任务由ＮＣ部分实现，且数字控制部分和设备控制部分由不同的ＣＵ承担，能够很好地解决数控系统的实时性。Ｐ
ｎｅｔｎｍｏｇＣｙｔｍｕｃｉｎｌｎｄｓｉａｉｓａｎＮＣｓｓｏｅｆｎｔａｏｅ．Ｃｏｏｍｍｕｉａｉｎａｄｔｙｃｒｎｚｔｎｂｔｅｓｅｔｔｎｎｌｖｔｔｎｅｅｎｃｔｎｉｓｎｈｏｉａｉｅｗｅｎｍａｔｒｓａｉｓａｄｓａｅｓａｉｓｗｒｏｍｅｏｏｏｅｅｕｅｙｔｃｎｌｇｆｓｎｈｏｏｓｍｅｓｇ．Ｉｓｇｏｅｆｒｎｃｓｏｐｎｎ．ｒａ－ｍｅａｄｒｅｎｇｒｂｅａｅｃｎｕｅｙｔｅｘｃｔｄｂｅｈｏｏｙｏｙｃｒｎｕｓａｅｔｏｄｐｒｍａｅｆｏｅｉｇｅｔｎｅｏｆｕａｌｒｏｄｃｄｂｈｏｌｉｉｍｏｕａｅｉｎｎｄｔｏｌｖｌｓｈｄｌｎｔａｅｐｌｄｏＮＣｓｓｍ．ｄｌｒｄｓｉｇａｗ —ｅｅｃｅｕｉｇｓｒｔｇａｐｉｎＣｙｔｇｎｙｅｅＫｅｗｏｄ：Ｄｉｒｕｅｒｈｔｃｕｅｙｒｓｓｉｔｄａｃｉｔｒ；Ｔｏｌｖｌｓｈｄｌｇｓａｅ；ＣＮＣｓｓｅ；Ｒｅ－ｉｔｂｅｗ－ｅｅｃｅｕｉｔｔｇｎｒｙｙｔｍｌｍｅ；Ｒｅｏｆｕａｉｎａｔｅｎｉｒｔｇｏ

基于PC的开放式数控系统研究

2、运动控制算法
2、运动控制算法
运动控制算法是开放式数控系统的核心，直接影响系统的性能和精度。本次演示采用基于PID的控制算法实现伺服电机的速度和位置控制。该算法具有简单可靠、易于实现等优点。根据实际应用需求，还可对算法进行优化和扩展。
3、通讯协议
3、通讯协议
为了实现PC与其他设备之间的实时通信，本次演示采用以太网通讯协议。以太网具有高速、稳定、可靠等优点，能够满足开放式数控系统对实时性的要求。同时，以太网的通用性使得系统可以方便地与其他设备进行互联互通。
参考内容
内容摘要
随着现代工业生产的不断发展，开放式多轴软数控系统在复杂零件加工、精密制造、自动化生产线等领域发挥着越来越重要的作用。本次演示将围绕基于PC 机的开放式多轴软数控系统关键技术进行研究与实现，旨在提高系统的性能、可靠性和灵活性。
一、研究现状
一、研究现状
近年来，开放式多轴软数控系统得到了广泛，成为研究热点之一。现有的研究成果主要集中在以下几个方面：
二、关键技术
3、高精度时序控制技术：为提高加工精度，需要研究高精度时序控制技术。具体包括：对加工过程进行精确建模，实现对加工过程的精确控制；采用高精度传感器和反馈装置，实现对加工过程的实时监测和修正；通过研究先进的时序控制算法，实现对各轴之间时序关系的精确协
本次演示将采用以下研究方法对开放式多轴软数控系统进行研究和实现： 1、理论分析：对开放式多轴软数控系统的关键技术进行深入的理论分析，建立相应的数学模型和算法，为系统的实现提供理论依据。
开放式数控系统设计
1、系统整体结构
1、系统整体结构
基于PC的开放式数控系统主要由PC、运动控制器、伺服驱动器、传感器等组成。其中，PC作为主控单元，负责运动控制算法的计算和执行；运动控制器负责将PC发出的指令转化为伺服电机的控制信号；伺服驱动器驱动伺服电机执行控制信号；传感器负责实时监测系统的运行状态，为PC提供反馈信息。

基于PC的开放式数控系统关键技术研究

文章编号:1007-757X(2020)04-0057-03基于PC的开放式数控系统关键技术研究张莉彬(西安航空职业技术学院计算机工程学院，陕西西安710023)摘要：主要研究了基于PC的开放式数控系统功能实现的方案与关键技术。

在分析了开放式数控系统应用现状并阐述了PC数控系统结构及开放式数控系统构成的基础上，完成了低成本、可重构的开放式数控系统的设计及系统开放式软硬件体系的建殳，系统控制器通过编程完成对输入、输出量的规划过程.通过PID控制伺服电机的输出，从而实现对伺服电机轨迹输出的优化控制目标，实现交互控制机制的开发，该模块化可重构系统在降低系统成本的同时显著提高了使用性能，具备较高的实际应用价值。

关键词：计算机数控系统；开放式数控系统；运动控制；实现路径中图分类号：TP273文:献标志码：AResearch on Key Technologies of Open CNC System Based on PCZHANG Libin(School of Computer Engineering,Xi'an Aeronautical Polytechnic Institute,Xi'an,Shanxi710023,China) Abstract:This paper mainly studies the scheme and key technologies of PC-based open CNC system function.It analyzes the application status of open CNC system and expounds the structure of PC numerical control system and the structure of open CNC system.The paper designs low-cost,reconfigurable open CNC system and establishes open software and hardware components of the system.The system controller completes the planning process of input and output by programming,and controls the output of servo motor through PID.The optimized control target of the servo motor trajectory output realizes the development of the interactive control mechanism.The modular reconfigurable system significantly improves the performance of the system and reduces the system cost.It has high practical application value.Key words:computer numerical control system；open numerical control system；motion control；implementation path0引言制造系统面临着瞬息万变的市场需求及生产要素配置的快速更替，对批量定制个性化、多样化产品的需求不断提高，数控系统随着国内工业化进程的加快正发生快速的变革，需变革数控系统结构和设计理念以满足这些需求，由传统单一独立向开放共享方向发展，具体需进一步提高数控系统的开放性、灵活重构及高效集成能力。

基于PC的开放式数控制码系统的研究与设计

了软件技术、息处理肋口－输技术、信ｑ／传自动控制技术、服驱动由美国三大汽车公司联合发起伺技术、感器技术等。自上世纪五十年代问世以来．着上述技的．且得到Ｆ传随ＡＮＵＣ、ＩＭＥＮＳＥＳ术的不断发展．数控系统也不断的更新换代，逐步形成了基于及Ａｌ — ｒｄｅ著名数控系ｌｎＢａｌｅｙ等Ｐ机的开放式智能化数控系统。与以前的数控系统相比．的统生产厂商的支持。因此．Ｃ它无功能更强大、率更高．真正使数控技术获得了广泛的应用论从技术还是从市场的角度效它
【要】摘：本文通过研究当前的技术发展和制码系统的实际需求，在基于ＰＣ的开放式数控技术的基础上。设计了一种
以Ｐ、动控制卡、动嚣和制码机为硬件组成，ＯＣ模型为基础的模块化软件结构的开放式数控制码系统。实现了一Ｃ运驱以ＭＡ
因此．于Ｐ基Ｃ机的开放式智能化数控技术＿各个方面的研究与看．ＯＡ结构模型都是比较庄ＭＣ应用也越来越受到重视好的选择１开放式数控制码系统、开放式数控制码系统以开放式制码控制系统主要由ＰＣ机、电脑全自动数字制码０Ｃ结构模型为基础．采用ＭＡ
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基于PC的开放式数控系统的开发与研究

Keywords:
CNC
Interprotation
Subdivision
VX着封闭式结构向前发展，整个数控系统可以看作是一个黑匣子，用户不可能进行功能扩充。而当今加工及检测的产品样式越来越多，越来越复杂，这就要求数控系统具有高效、准确、开放式的特点，要求数控系统具有软硬件重构的能力，而且这种重构能力要求所需周期及成本大大下降，改变现在数控系统的封闭模式，使得底层的控制更简单有效，从而出现了开放式的数控系统。近年来 ,由于 PC 机的迅速发展，因此将其集成到 CNC 系统中，发展基于 PC 的 CNC 系统已成为世界各国研究的重点。这主要是因为 PC 机总线结构本身就是开放的，所以这种硬件系统结构就具有了开放性、易于模块化、可嵌入的特点。开放式数控系统允许集成者及生产者自己选择数控装置、驱动装置、伺服电机、应用软件。而研究和开发高性能的开放式运动控制器是开放式数控系统的核心及未来发展的趋势。长期以来，我国在开放式数控系统方面的研究与开发远落后于发达国家，因此在我国开放式运动控制系统的研究具有很重要的实际意义。我们可以把控制系统分成以下几层：人机交换层；控制内核层；硬件层。开放式控制系统又可根据其开放层次的不同分为以下三种，它们的开放层次不同，当然实现的效果也不同。 a. 开放人机接口这种方法是提供给用户控制函数库，以供用户使用，编写出自己喜欢的人机界面。 b. 开放系统核心接口这种方法是把硬件驱动函数库提供给用户，用户可以根据这些函数库编写出不同功能的函数，以满足自己的特殊功能。 c.开放体系结构这种方法是开放式结构中开放的最彻底的，它要求系统从软件到硬件都开放给用户，用户可以按照开放体系结构的标准以及制定的规范，无论
II
device driver on the flat of Win95/98/2000. By this way, some probrem ,such as time interpretation and data sampling,can be settled in the CNC sytem of Win32. Then function library based above ways is presented to provide to third party use. The thesis also discuss the communication method on the host and slave machine. Finally, some probrem ,which should be payed attention to when hardware designing are already analysed in view of hardware anti-disturbance. Accordingly, the whole motion control system is completed. Meanwhile, using Protel ,VC++ and DriverStudio developing envirement, the developed motion control card has been debugged.

基于运动控制卡的开放式数控系统的研究与开发

ｓｓｅａｄｄｖｌｐｕｎｎｙｔｍ，ｎｅｅｏｓａｔｒｉｇＣＮＣｙｔｍａｅｎＩＣｎｔｎｃｎｒｌｒｓｓｅｂｓｄｏＰａｄｍｏｉｏｔｅ．Ａａｇｕｅｆｅｐｒｎｓｓｏｔａｏｏｌｒｅｎｍｂｒｏｘｅｉｍｅｔｈｗｈｔ
比较理想的开放式ＣＣ系统。Ｎ
固高Ｇ－０一Ｖ卡提供了ｃ语言函数库和Ｔ２０Ｓ
本文结合Ｃ６４数控系统的设计，Ａ１０对基于运动控Ｗｉｏｓｎｗ动态连接库，能实现复杂的控制功能。因为ｄ制卡的“ Ｃ嵌入Ｐ ” ＮＣ型开放式数控系统进行了研究。
Ｔｈｓａｃｎｖｌｐｅｔｏ “ ｅＲｅｅｒｈａｄＤｅｅｏｍｎｆＮＣｎｅｔｎＩｓｒｉｇＰＣ’ ’Ｏｐｎｎｅｉｇ
ＣＮＣＳｓｅｙｔｍＺＯＵｎＨＨｏｇ
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ｓｓｅｏｅｌｔｅｒａｈｔｅｒｕｉｅｒｑｉｍｅｔｆｐｏｅｓｎｙＣｙｔｍ．ｙｔｍｆｔａ，ｅｃｏｅｕｒｈｈｈｔｎｅｎｓｏｒｃｓｉｇｂＮＣｓｓｅＫｅｒｓｙｗｏｄ：ｍｏｉｎｃｎｒｌｒＣｙｔｍ；ｅｅｏｍｅｔｔｏｔｏｅ；ＮＣｓｓｅｄｖｌｐｎｏ

基于PC的开放式数控系统

基于PC的开放式数控系统随着市场全球化的发展，市场对于适合中小批量加工、具有良好柔性和多功能性的制造系统的需求已超过对大型单一功能的制造系统的需求，从而要求制造具有较强的市场应变能力。

这种趋势促成了一个新概念的产生，即模块化、可重构、可扩充的软件与硬件系统，也就是开放式数控系统。

该系统不仅能够快速、经济地适应新的加工需求，而且为制造商提供了将其技术或产品第三方的技术或产品进行集成的可能性。

目前，世界各国都致力于研究开放式CNC系统。

如欧洲的OSACA、美国的OMAC和日本的OSEC。

数控系统的开放性概念出现在20 世纪80 年代末90 年代初，是欧美各国为了适应机床制造业在技术、市场和生产组织结构等多方面的新的变化而提出的。

在关于开放式体系结构的定义，按IEEE 的定义，一个开放式控制系统应提供这样的能力：对于不同的卖主的各种平台上运行的应用都能在系统上完全实现，并且能和其他系统应用进行交互操作，同时具有一致性的用户界面。

因此，开放式系统是指能够在多种不同的平台上运行，可以和其他系统的应用相互操作，并能给用户提供一种一致风格的交互方式的数控系统，也就是在加工机械专用的CNC中引入PC所具有的开放化。

根据这个定义，开放式数控系统是一个模块化的体系结构，既有接口的开放性，又有自身功能的开放性，其应具有以下特征开放性提供标准化环境的基础平台，允许不同功能和不同开发商的软件硬件模块介入。

可互操作性通过提供标准化接口、通信和交互机制，使不同功能模块与标准应用程序接口运行于系统平台之上，并获得平等的相互操作能力，协调工作。

可移植性系统的功能软件与设备无关，即应用统一的数据格式、交互模型、控制机理，使构成系统的各个功能模块可来源于不同的开发商提供的硬件平台之上。

可扩展性系统的功能、模块可以灵活设置，方便修改，既可以增加硬件或软件构成功能更强的系统，也可以裁减其功能以适应低端应用。

可互换性不同功能、不同可靠性的功能模块可以相互替代，而不影响系统的协调运行。

基于PC+运动控制卡的开放式数控系统的研究

【ｂｔｃ】ｅｉｐｎＣＣｓｓｍｂｓｄｏＣａｄｍｔｏｔｌａａｐｅｎｄｂＡｓａｔＡｄｓｎｏＯｅ — ＮｙｔａｎＰｎｏｒｎｏｃｒＷｒｅｔｙｒｇｆｅｅｏｃｒｄｓｓｅ
ｎｌｉｅｉｏＯｅ－ＮｔｄｖｌｅｔｅｔｅｒｎｈｄｔｅｕｈａｗａａｚｇｄｆｎｔｎｏｐｎＣＣａｄｉｅｅｏｍｎ．ｈｈｏｙａｄｍｔｏｏｓｔｐｔｅｈｄａｅｙｎｔｉｆｎｓｐＴｅｒｒｎＪ，ａｏｍＷａｏｄｓｒｄａｄｓｔｏｅｌｔｒａｌｅｃｉｅ．ｏｗｒｐｆｓｓｂ
【摘要】通过对开放式数控系统的发展及定义的分析，出了一种基于Ｐ提Ｃ机和运动控制卡的开放式数控系统的设计方案，并分析了以ＰＣ机和运动控制卡为基础搭建开放式数控系统硬件平台和
软件平台的理论依据及实现方法。
关键词：放式数控系统；动控制卡；开运实现
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第６期
２００８年６月
文章编号：０１３９（０８０ — １１０１０ — ９７２０）６０７ — ２
机设计与制造
ＭａｈｉｅｙＤｅｉｎｃｎｒｓｇ＆Ｍａｕｆｃｕｅｎａｔｒ一１７１一
用户的使用、维护和升级带来诸多不便。因此，迫切需要对ＣＣＮ的设计进行革命『生的变革，开放式数控系统应运而生。
ＩＥＥＥ定义开放式数控系统为“ 具有下列特性的系统可以被字伺服电机的上位控制器，每轴可输出脉冲和方向信号，以控用称为开放式数控系统：符合系统规范的应用，以运行在多个销制电机的运转。ＭＰ０Ｆ可Ｃ３Ａ运动控制卡内部采用ＤＰ芯片处理，Ｓ售商的不同平台上，可以与其它的系统应用互操作，并且具有一具有梯形和Ｓ形升降曲线，高输出频率可达７ＭＨ，最．ｚ并带有５

基于PC与运动控制器的开放式数控系统研究与开发

各控制轴的轨迹规划和精确定位运动。本系统中粗插补算法采用三次Ｂ条曲线等弦样长分割插补算法。计算过程中只需要相邻４点的个位置数据就可以构造出平滑的曲线。当然，系统
模块问的通信主要通过两种方式来实现，环状的同层通信和线状的越层通信。同层通信负责
的模块时，也无需对代码做太大的改动，因为某个模块的改动对其他模块间的通信并不会造成很大的干扰，增强了系统的可伸缩性。ＧＴ０一Ｖ提供Ｃ言函数库和Ｗｉｄｗｓ动态４０Ｓ语ｎｏ链接库，用户通过主机程序调用相应的库函数，
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基于Ｐ与运动控制器的开放式数控系统研究与开发Ｃ
ＲｅｓｅａｒｄｄｅｃｈａｎｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｏｐｅｎＣＮＣｙｓｅｍｓｔｂａｓｅｄｏｎＰＣａｎｄｍｏｔｏｎｃｏｎｔｏｌｉｒｌｅｒ
将根据主机的要求，自动完成轨迹规划、安全检测、伺服刷新等复杂运算，计算结果转换成模拟
电压或脉冲控制电机运动，用户无须编写通讯程
序，并从３位驱动库中解脱出来，将全部精力用２
法。该数控系统已应用于实际项目中，收到了良好效果。关键词：运动控制器；系统管理软件；ＮＣ代码编译器；三次Ｂ条曲线；等弦长分割插补算法样

[浅析基于PC的开放式数控系统]PC数控系统

[浅析基于PC的开放式数控系统]PC数控系统浅析基于PC的开放式数控系统0前言目前，各种先进的制造技术得到了飞速的发展，它们中绝大多数都需要数控技术的支持。

同时，数控技术的应用也为制造业的发展带来了深刻的变革。

但是，随着计算机技术的迅猛发展，传统的CNC系统逐渐显示出弱点，即：专用性强、软件为系统的制造商所拥有，不便于功能扩展和各种应用软件的支撑和更新，软件的移植性差，组网通讯能力差。

而现代制造业的发展给CNC系统提出了更高的要求：从完成的功能上看，一方面CNC系统必须适应CIMS的发展，有一个可以集成不同开发商提供的软件并适应连网需要的平台；另一方面，随着中小批量生产的趋势日益增强和数控系统在更多的行业中的应用，用户对CNC系统的需求呈现多元化，这样，必须根据不同的用户需求，迅速、高效、低成本的构筑面向用户的控制系统，于是要求CNC系统具有模块化和可重新配置的特点从使用角度来看，CNC系统应能应用于各种计算机平台，并提供统一风格的用户交互环境，以便于用户操作、维护和更新升级、为了满足对数控系统更具柔性、灵活性和通用性的要求，出现了对开放式数控系统结构的研究。

开放式数控系统具有软件开放性和硬件开放性，它能使人们自由地选择CNC装置、伺服驱动器、传感元件和执行单元等部件。

一般地，开放式数控系统有以下特点：（1）各种构成要素逻辑上独立。

（2）提供一个标准和规范，确保不同生产厂商的符合规范的构成要素能构成一个完整的数控系统。

（3）数控系统的拓扑结构可动态改变。

（4）与其它系统或软件模块具有互操作性。

（5）提供良好一致的人机界面。

随着计算机技术的飞速发展以及其标准化和开放性，出现了基于PC 的开放式数控系统。

1基于PC的开放式数控系统基于PC的开放式数控系统能充分地利用计算机的软硬件资源，可使用通用的高级语言方便地编制程序，用户可将标准化的外设、应用软件进行灵活地组合和使用使用计算机同时也便于实现网络化。

基于PC的开放式软件运动控制器的研究

ＬＮＵＸＩＲＴＡＩｓｕｉｚｄｔｔｌｅｏｉｅｎｔｔｅｒａ－ｉａｋｓｈｕｅｆａｗｏｋｏｔｎｃｎｒ１Ｅｒｒａａｙｉｉｉｍｐｌｍｅｈｌｍｅｔｓｃｅｌｍｅｒｆｅｔｄｒபைடு நூலகம்ｍｏｉｏｔｏ．ｒｏｎｌｓｓｏ
（ｏｔａｕｔ；ａｉａＮｙｔｎｉｅｒｇＲｓａｃｅｔｒＨｕｚｏｇＵｉｆＳｉＰｓｒｄａｅＮｔｎｌＣＳｓｍＥｇｅｎｅｅｒｈＣｎｅ，ａｈｎｎ．ｏｃ．＆Ｔｃ．ｇｏｅｎｉｖｅｈ，Ｗｕａｈｎ
ａｄＰＤｏｔｏｒｅｉｎｓｒｐａｅｂｅｆｎｔｎｄｏｅｏＵｅ，ｙｒｇｓｅｉｇｔｅｏｔｒｅｃｎｒｌｎＩｃｎｒｌｅｄｓｅａｅｌａｌｃｉｓａｐｔＳｂｅｉｔｒａｇｄｃｕｏｎｎｒｎｈｔｓｆｍｏｗａｏｔｏ
摘要：文章提出在工业ＰＣ上实现开放式软件运动控制器的方案，用ＬＮＸＲＡ采ＩＵＴＩ实现运动控制的实时任务调度框架，误差分析、Ｉ把ＰＤ控制等关键的运动控制算法设计成可替换的功能函数并向用户开放。
ＲｅｅｒｈｏｓａｃｎＰＣ・ａｅｅｃｉｃｕｅＳｆｗａｅＭｏｉｎＣｏｔｏｌｒｂｓｄＯｐｎＡｒｈｔｔｒｏｔｒｔｎｒｌｅｏｅ
ＺＨＡＮＧＸｕｍｉｇ，ＺＵｉｈｎ — ｎＨＯＨｕ－ｅｇ，ＣＨＥｉｏｇＡＮＧＸｉｏｑｃＮＪ－ｎ，Ｔｈａ・ｉ

基于PC机的开放式多轴软数控系统关键技术研究与实现

基于PC机的开放式多轴软数控系统关键技术研究与实现一、本文概述随着制造业的快速发展，数控机床作为其核心设备，其性能与精度直接影响到产品的质量和生产效率。

近年来，开放式数控系统因其灵活性和可扩展性，受到了广泛的关注。

本文旨在研究并实现一种基于PC机的开放式多轴软数控系统，重点探讨其关键技术，包括系统架构设计、实时性能优化、多轴联动控制等方面。

通过深入分析和实验验证，本文旨在为开发高性能、高可靠性的数控系统提供理论支持和实践指导。

本文首先介绍了开放式数控系统的背景和发展现状，分析了传统数控系统的不足以及开放式数控系统的优势。

随后，详细阐述了基于PC机的开放式多轴软数控系统的整体架构，包括硬件平台选择、操作系统支持、数控软件设计等。

在此基础上，重点研究了实时性能优化技术，包括任务调度算法、中断处理机制等，以提高系统的响应速度和稳定性。

本文还深入探讨了多轴联动控制的关键技术，包括运动学建模、插补算法优化、伺服驱动控制等。

通过理论分析和实验验证，本文提出了一种适用于多轴联动的高性能控制策略，实现了高精度、高效率的切削加工。

本文总结了研究成果，指出了研究中存在的问题和未来的研究方向。

本文的研究成果对于推动开放式数控系统的发展，提高数控机床的性能和精度，具有重要的理论意义和实践价值。

二、开放式多轴软数控系统概述随着制造业的快速发展，数控机床作为其核心设备，其性能和控制精度对产品的质量和生产效率有着决定性的影响。

传统的数控系统大多基于专用的硬件和固定的软件架构，这不仅限制了系统的灵活性，也增加了系统的维护和升级成本。

因此，研究和实现基于PC机的开放式多轴软数控系统，成为了当前数控技术领域的重要发展方向。

开放式多轴软数控系统，是指采用通用计算机硬件平台，通过软件编程实现多轴联动控制的一种数控系统。

它打破了传统数控系统的封闭性，允许用户根据实际需求定制和扩展系统功能，从而提高了系统的灵活性和可适应性。

同时，基于PC机的软数控系统还具有成本低、易于维护、升级方便等优势，为制造业的数字化转型提供了有力支持。

PC-based开放式数控系统体系结构的研究

PC-based 开放式数控系统体系结构的研究*黄河1王甫茂2赵秀粉3王信1朱彦红4（1四川宜宾职业技术学院现代制造工程系，宜宾644003）（2四川宜宾职业技术学院教务处，宜宾644003）（3四川大学制造科学与工程学院，成都610065）（4四川省长江造林局，宜宾644002）Research on PC-based open architecture CNCHUANG He 1，WANG Fu-mao 2，ZHAO Xiu-fen 3，WANG Xin 1，ZHU Yan-hong 4（1Department of Modern Manufacture Engineering ，Yibin Vocational ＆Technical College ，Yibin 644003，China ）（2School administration office ，Yibin Vocational ＆Technical College ，Yibin 644003，China ）（3College of Manufacturing Science and Engineering ，Sichuan University ，Chengdu 610065，China ）（4Forestation Department of Sichuan Province ，Yibin 644002，China ）文章编号：1001-3997（2009）06-0191-03【摘要】开放式数控系统的硬件系统应该建立在一种通用的、标准的硬件基础之上，而软件系统则应建立在分层次、模块化的软件基础之上。

主要论述了一种基于Windows 操作系统的“PC+运动控制卡”开放式数控系统的体系结构，包括开放式数控系统的多任务划分与并行处理机制，以及该系统的硬件组成和软件设计思想等。

关键词：PC-based ；体系结构；开放式数控【Abstract 】Hardware system of Open Architecture CNC should be built on the basis of universal and standard hardware ，while its software system should be built on the basis of delaminated and modularized software.An open architecture CNC based on Windows OS ，general PC and motion control card ，is pro －posed ，in which tasks division of CNC ，multi-task process model ，hardware composing and design idea of software are also analyzed.Key words ：PC-based ；Architecture ；Open architecture CNC中图分类号：TH16，TG659文献标识码：A＊来稿日期：2008-08-11＊基金项目：四川省教育厅自然科学基金项目（2005B053）1前言数控系统按照控制装置来划分，主要有硬件数控系统和软件数控系统。

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第４期
邱润生等：基于Ｐ运动控制卡的开放式数控系统的研究ｃ＋
３１５
ｌｙ — 轴方向步进电机；一＝２轴方向调节滑座；一气动喷射雕刻头；一气动控制电磁阀；一轴方向运动托架；３４５６一龙门架；一轴方向步进电机；－轴方向齿形带带轮；一轴方向导轨；Ｏ７８９ｌ一轴方向带轮座；ｌｙ１— 轴方向导轨；一ｙ１２轴方向齿形带带轮；３ｙ１一轴方向带轮座
基于Ｐ运动控制卡的开放式数控系统的研究Ｃ＋
邱润生，王惠荣
（．宁夏大学机械工程学院，１宁夏银川７０２；２５０１．宁夏大学后勤管理处，宁夏银川７０２）５０１摘要：在基于Ｐｃ开放式数控系统技术的基础上，针对数控玻璃雕刻机系统的研究开发需求，出了一种基于提
可重构、可扩充的控制系统结构，使数控系统的功能笔者将传统的玻璃喷砂工艺方法与现代计算机柔性化，能够快速而有效地响应新的加工需求．数控技术结合，当采用Ｐｃ机与国产ＤＣ００深圳雷Ｍ１０（前，开放式数控系统已经成为ＣＣ发展的潮流…．Ｎ赛自动化科技公司产品）通用多轴运动控制卡，创新目前，基于Ｐｃ机系统是比较现实的数控开放研究开发了一个用于喷砂玻璃雕刻机的经济型开放化的途径．ｃ机（Ｐ包括工业Ｐ）ｃ生产批量大、价格便式数控系统．本文以该系统的开发为例，研究应用
ＰＣ＋运动控制卡为硬件组成的，Ｗｉｄｗ以ｎｏｓ系统为数控软件的设计方案，现了一个经济型开放式数控系统．实实验证明。用 “ Ｃ＋动控制卡 ” 采Ｐ运的硬件结构，Ｗｉｏｓ数控系统的软件开发平台，发的基于Ｐ的开放以ｎｗ为ｄ开Ｃ
宜、技术进步和性能提高快，可满足数控系统核心Ｎ嵌入ＰＣｃ型开放式数控技术模式，分析构建部件的要求．高标准的硬件结构、配置及优异的性 “ｃ＋Ｐ运动控制卡”开放式数控系统的一些关键技价比，可充分利用Ｐｃ机已有软硬件资源并分享计术和实现方法．算机领域的最新成果，如大容量存储器，高分辨率彩色显示器，多媒体信息交换和联网通信等．因此，２数控玻璃雕刻机系统的机械结构Ｐｃ机理所当然地成为开发数控系统的首选硬件平台【引１．一在具体结构的实现上，基于Ｐｃ的开放式数控系统可分为四种结构形式：ｃ连接ＮＰＣ型、Ｃ嵌入ＰＮＣ型、ＣＮ嵌入Ｐｃ型和全软件ＮＣ型．其中，Ｐ在ｃ机中插入通用的多轴运动控制卡（如美国Ｄｌａｅａｔｔｕ公司ＰＡ、国内雷赛公司ＤＣ系列等）ＭＣＭ方式的技术比较成熟，应用比较普遍，正在成为以Ｐｃ机为开发平台的开放式数控系统的主流．数控玻璃雕刻机系统的机械结构（１由轴图）和Ｙ轴两个方向运动部件构成二维机械运动系统（轴方向只作距离调整，ｚ没有运动）实现雕刻喷头，的扫描雕刻加工．轴步进电机作为驱动元件，通过同步齿形带将运动传递给与之连接的轴运动托架，从而使安装在托架上的气压磨料喷射雕刻头装置在轴方向上运动．轴由步进电机驱动，通过Ｙ同步齿形带将运动传递给与之连接的龙门架，从而使安装在龙门架上的气压磨料喷射雕刻头装置可以
开放式数控系统的核心是具有开放性的运动控制器．其系统硬件构成是在通用Ｐｃ机的扩展槽中插入运动控制卡，插卡为带ＣＵ的智能模块，ｃＰＰ机

处理非实时部分，而加工控制所需的实时任务由插规范化、标准化的方向发展，设计开放式体系结构数入Ｐｃ机扩展槽中的运动控制卡来承担．该方案的控系统的计划，如美国的ＮＣＧ计划，日本和欧洲分优点是结构简单、集成方便；由于采用多个处理器部别提出的ＯＥＳＣ和ＯＡＡ计划．ＳＣ开放式数控系统件，系统性能高，可以满足多坐标、高精度、高速度的的主要研究目的是要解决变化频繁的需求与封闭的机械加工的要求；能在保证系统性能的条件下，充分控制系统结构之间的矛盾，建立一种新型的模块化、利用Ｐ机的软件资源；ｃ可以降低成本．１
式的数控系统，具有较强的可操作性和较高的实用价值．关键词：开放式；数控系统；运动控制卡；雕刻机
中图分类号：Ｔ２３Ｐ７文献标志码：Ａ
１开放式数控技术
近年来，为了解决传统数控系统的封闭式体系结构存在的问题，西方各工业发达国家相继提出向
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第５第４卷期
２０年１月０６２
宁夏工程技术
ＮｉｇｉＥｎｉｅｒｎＴｅｈｏｏｙｎｘａｇｎｅｉｇｃｎｌｇ
Ｖｏ＿Ｎｏ４ｌ５．
Ｄｅ．２０ｃ０６
文章编号：６１７４（０６０１７ — ２４２０）４—０５４３０—０
收稿日期：０６—０２０８—２５基金项目：宁夏回族自治区科技攻关基金资助项目（０２— １０）２００４— ５．作者简介：邱润生（９０）男，１５一，副教授，主要从事机械ＣＤＣＭ和机电一体化技术研究Ａ／Ａ
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