基于Windows操作系統(tǒng)的開放式數控系統(tǒng)研究.pdf

1、現代機械制造工業(yè)對數控系統(tǒng)提出了更高的要求，設計和開發(fā)一種可根據用戶需求，迅速建立一個開放式的原型數控系統(tǒng)，適應市場對產品多樣化的需求，成為數控系統(tǒng)的發(fā)展方向。Windows 操作系統(tǒng)具有多任務操作特性，支持多線程，可實現數控系統(tǒng)實時多任務控制，因此在Windows 操作系統(tǒng)平臺下研發(fā)開放式數控系統(tǒng)是一個重要發(fā)展方向。本文完成的主要研究工作如下：
　　 1.在全面分析開放式數控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢以及傳統(tǒng)數控系統(tǒng)存在的不足的基礎上，提

2、出了基于Windows 操作系統(tǒng)平臺，采用IPC機+運動控制卡模式和主從式結構對開放式數控系統(tǒng)進行了研究和開發(fā)。其中以GT-400-SV運動控制卡作為數控系統(tǒng)下位機的核心，構成多軸運動實時控制單元；以IPC機作為上位機進行非實時性任務的處理。通過總線通訊和雙端口RAM 通訊方式，以及制定的上下位機數據傳送通訊協(xié)議，保障了上下位機的實時數據通訊，實現了直線和圓弧插補，運動加減速控制等實時運動控制內容。在需求分析的基礎上，以IPC為硬件基礎

3、，根據數控系統(tǒng)功能設計了系統(tǒng)層次結構模型，給出了系統(tǒng)的拓撲結構和系統(tǒng)開放性的實現方法，進行了系統(tǒng)硬件和軟件的總體設計。
　　 2.在硬件體系結構上，采用模塊化方法搭建和擴展硬件系統(tǒng)。選擇IBM-PC總線作為功能模塊連接的總線標準，選擇具有多個EISA 插槽的母板構成硬件連接底板，插接符合標準要求的微型計算機板(上位機)和運動控制卡(下位機)，搭建了基本的數控系統(tǒng)構架。用戶能夠通過插接符合IBM-PC 總線標準的功能板塊擴展數控系

4、統(tǒng)的硬件，組成滿足自己要求的系統(tǒng)，實現了硬件的開放性。
　　 3.在軟件體系結構上，上位機運行主流的Windows 操作系統(tǒng)，下位機運行μc/OS嵌入式計算機實時操作系統(tǒng)。將數控系統(tǒng)的軟件功能，根據時間緊迫要求，劃分為強實時性任務、弱實時性任務和非實時性任務；根據對硬件I/O的操作要求，劃分為操作類和非操作類。將實時性強的和I/O操作的功能主要安排給運動控制器執(zhí)行。對各功能進行分類封裝，建立了通用類庫。定義了應用程序編程接口(A

5、PI)，通過該接口能把用戶專用軟件模塊擴展到系統(tǒng)中，使系統(tǒng)達到了一定的開放性。
　　 4.針對數控系統(tǒng)多任務控制這一特點，對Windows平臺下的多線程技術、任務調度策略以及進程間的通訊進行了深入的分析。進而根據數控系統(tǒng)的功能特點，把系統(tǒng)任務分為系統(tǒng)總控進程、人機界面進程、軌跡規(guī)劃進程和運動控制進程，各進程又劃分功能相對獨立的子線程，通過設定線程的優(yōu)先級，利用多線程調度策略和中斷機制技術，實現了對數控系統(tǒng)弱實時任務的控制，利用下

6、位機實現了對數控系統(tǒng)強實時任務的控制。系統(tǒng)采用消息、共享內存和命名管道三種通訊機制，實現了進程間的通訊，保障了各功能模塊協(xié)同完成加工任務。
　　 5.在數控系統(tǒng)軟件開發(fā)上，以VC++為開發(fā)工具，以面向對象的模塊化方法設計了人機交互界面軟件模塊、加工程序預處理模塊、譯碼模塊和插補模塊，實現了上位機對數控加工代碼的編譯、系統(tǒng)參數設定和刀具補償等功能；開發(fā)了運動控制功能模塊，實現了數控系統(tǒng)的回參考點、點動控制、增量控制、運動加減速控制