基于Pc的開放式數(shù)控系統(tǒng)目前大致可分為專用數(shù)控加PC前端的復(fù)合型、CN嵌入Pc型和全軟件型3種典型結(jié)構(gòu)。
1．專用數(shù)控加PC前端的復(fù)合型結(jié)構(gòu)
這種結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)將PC作為NC的部件嵌入在數(shù)控系統(tǒng)中，用內(nèi)部總線相連接，PC和NC連接在一起構(gòu)成前、后臺(tái)結(jié)構(gòu)，可形成多微處理器數(shù)控系統(tǒng)。它的NC部分仍然是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，用戶無法介入數(shù)控系統(tǒng)的核心，但可利用PC豐富的軟件資源，滿足開放性要求。這類數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是原來的CNC不必改動(dòng)，既保持了原來CNC系統(tǒng)強(qiáng)大的功能，又具有數(shù)據(jù)傳送速度快、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間短的特點(diǎn)。其缺點(diǎn)是不能充分發(fā)揮PC的潛力，開放性受到一定限制，系統(tǒng)造價(jià)無法降低。這類數(shù)控系統(tǒng)或者提供PC前端接口，或者直接將Pc母板嵌入CNC中。這種結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)主要出自知名的CNC系統(tǒng)制造商，原因是這些制造商不愿放棄傳統(tǒng)成熟的CNC技術(shù)，而又需要PC的柔性和開放性，于是采取了一種折衷解決方案。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，硬件的標(biāo)準(zhǔn)化和成本不斷降低，這種開放式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很可能只是過渡。采用這種開放式結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)的代表產(chǎn)品有FANUC 18i、FANUC 16i系統(tǒng)、Siemens 840D系統(tǒng)、NUMl060系統(tǒng)及AB9／360系統(tǒng)。
2．NC嵌入PC型結(jié)構(gòu)(基于運(yùn)動(dòng)控制器的開放式數(shù)控系統(tǒng))
這種結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)是在通用PC的擴(kuò)展槽中插入運(yùn)動(dòng)控制板或整個(gè)CNC單元(包括內(nèi)嵌式PLC)。PC將實(shí)現(xiàn)用戶接口、文件管理以及通信等非實(shí)時(shí)部分的功能，實(shí)時(shí)控制(機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制和開關(guān)量控制等)由插入PC擴(kuò)展槽中的CNC單元或運(yùn)動(dòng)控制板來承擔(dān)。這種開放式數(shù)控系統(tǒng)目前是較為先進(jìn)的。但是該系統(tǒng)的CNC核心部分——運(yùn)動(dòng)控制和伺服控制仍要依賴于專用運(yùn)動(dòng)控制卡，還未達(dá)到整個(gè)產(chǎn)品的硬件通用化。
運(yùn)動(dòng)控制卡通常選用高速DSP作為CPU，具有很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制和PLC控制功能，它本身就是一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)，可以單獨(dú)使用，它的開放的函數(shù)庫供用戶在Window。平臺(tái)下自行開發(fā)構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。目前這種運(yùn)動(dòng)控制卡被廣泛應(yīng)用于構(gòu)造開放式數(shù)控系統(tǒng)。如美國Del．ta Tau公司用PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制卡構(gòu)造的PMAC．NC數(shù)控系統(tǒng)，日本MAZAK公司用三菱電機(jī)的MELDASMAGIC64構(gòu)造的MAZATROL 640數(shù)控系統(tǒng)等。
3．全軟件型結(jié)構(gòu)
全軟件型結(jié)構(gòu)CNC又稱為純PC型開放式數(shù)控系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)的開放性數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)是CNC的全部或大部分功能均由PC承擔(dān)，并通過裝在PC擴(kuò)展槽中的驅(qū)動(dòng)接口卡對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制。在PC中采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)或?qū)Σ僮飨到y(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)功能擴(kuò)展，由PC完成數(shù)控系統(tǒng)中所有的實(shí)時(shí)任務(wù)和非實(shí)時(shí)任務(wù)，如編譯、解釋、插補(bǔ)和PLC等。
這是一種理想的開放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，CNC軟件全部裝在計(jì)算機(jī)中，而硬件部分僅是計(jì)算機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)和外部I／O之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口，能提供給用戶最大的選擇性和靈活性。就像計(jì)算機(jī)中可以安裝各種品牌的聲卡、顯卡和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序一樣。其典型產(chǎn)品有美國MDSI公司的OpenCNC、德國Power Automation公司的PA8,000NT等。
比較上述的3種類型的開放式數(shù)控系統(tǒng)，可以發(fā)現(xiàn)：．第一種開放式數(shù)控系統(tǒng)主要從硬件的模塊化和接口的標(biāo)準(zhǔn)化上滿足數(shù)控系統(tǒng)的開放性，對(duì)硬件制造水平要求較高；第三種數(shù)控系統(tǒng)充分挖掘計(jì)算機(jī)軟件的潛力，通過軟件模塊化和計(jì)算機(jī)通信標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)建開放式數(shù)控系統(tǒng)，但需要實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)強(qiáng)有力的支持；第二種數(shù)控系統(tǒng)將PC的靈活性和硬件的實(shí)時(shí)性結(jié)合起來，從而降低了對(duì)硬件的要求和對(duì)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求，實(shí)踐證明是目前實(shí)現(xiàn)開放式數(shù)控系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)、最現(xiàn)實(shí)的途徑。由于第一種類型的開放式數(shù)控系統(tǒng)還具有很強(qiáng)的封閉性，屬于過渡階段的產(chǎn)品。以下將著重介紹NC嵌入PC結(jié)構(gòu)與純PC型結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)。
基于Pc的開放式數(shù)控系統(tǒng)目前大致可分為專用數(shù)控加PC前端的復(fù)合型、CN嵌入Pc型和全軟件型3種典型結(jié)構(gòu)。
1．專用數(shù)控加PC前端的復(fù)合型結(jié)構(gòu)
這種結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)將PC作為NC的部件嵌入在數(shù)控系統(tǒng)中，用內(nèi)部總線相連接，PC和NC連接在一起構(gòu)成前、后臺(tái)結(jié)構(gòu)，可形成多微處理器數(shù)控系統(tǒng)。它的NC部分仍然是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，用戶無法介入數(shù)控系統(tǒng)的核心，但可利用PC豐富的軟件資源，滿足開放性要求。這類數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是原來的CNC不必改動(dòng)，既保持了原來CNC系統(tǒng)強(qiáng)大的功能，又具有數(shù)據(jù)傳送速度快、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間短的特點(diǎn)。其缺點(diǎn)是不能充分發(fā)揮PC的潛力，開放性受到一定限制，系統(tǒng)造價(jià)無法降低。這類數(shù)控系統(tǒng)或者提供PC前端接口，或者直接將Pc母板嵌入CNC中。這種結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)主要出自知名的CNC系統(tǒng)制造商，原因是這些制造商不愿放棄傳統(tǒng)成熟的CNC技術(shù)，而又需要PC的柔性和開放性，于是采取了一種折衷解決方案。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，硬件的標(biāo)準(zhǔn)化和成本不斷降低，這種開放式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很可能只是過渡。采用這種開放式結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)的代表產(chǎn)品有FANUC 18i、FANUC 16i系統(tǒng)、Siemens 840D系統(tǒng)、NUMl060系統(tǒng)及AB9／360系統(tǒng)。
2．NC嵌入PC型結(jié)構(gòu)(基于運(yùn)動(dòng)控制器的開放式數(shù)控系統(tǒng))
這種結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)是在通用PC的擴(kuò)展槽中插入運(yùn)動(dòng)控制板或整個(gè)CNC單元(包括內(nèi)嵌式PLC)。PC將實(shí)現(xiàn)用戶接口、文件管理以及通信等非實(shí)時(shí)部分的功能，實(shí)時(shí)控制(機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制和開關(guān)量控制等)由插入PC擴(kuò)展槽中的CNC單元或運(yùn)動(dòng)控制板來承擔(dān)。這種開放式數(shù)控系統(tǒng)目前是較為先進(jìn)的。但是該系統(tǒng)的CNC核心部分——運(yùn)動(dòng)控制和伺服控制仍要依賴于專用運(yùn)動(dòng)控制卡，還未達(dá)到整個(gè)產(chǎn)品的硬件通用化。
運(yùn)動(dòng)控制卡通常選用高速DSP作為CPU，具有很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制和PLC控制功能，它本身就是一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)，可以單獨(dú)使用，它的開放的函數(shù)庫供用戶在Window。平臺(tái)下自行開發(fā)構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。目前這種運(yùn)動(dòng)控制卡被廣泛應(yīng)用于構(gòu)造開放式數(shù)控系統(tǒng)。如美國Del．ta Tau公司用PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制卡構(gòu)造的PMAC．NC數(shù)控系統(tǒng)，日本MAZAK公司用三菱電機(jī)的MELDASMAGIC64構(gòu)造的MAZATROL 640數(shù)控系統(tǒng)等。
3．全軟件型結(jié)構(gòu)
全軟件型結(jié)構(gòu)CNC又稱為純PC型開放式數(shù)控系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)的開放性數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)是CNC的全部或大部分功能均由PC承擔(dān)，并通過裝在PC擴(kuò)展槽中的驅(qū)動(dòng)接口卡對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制。在PC中采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)或?qū)Σ僮飨到y(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)功能擴(kuò)展，由PC完成數(shù)控系統(tǒng)中所有的實(shí)時(shí)任務(wù)和非實(shí)時(shí)任務(wù)，如編譯、解釋、插補(bǔ)和PLC等。
這是一種理想的開放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，CNC軟件全部裝在計(jì)算機(jī)中，而硬件部分僅是計(jì)算機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)和外部I／O之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口，能提供給用戶最大的選擇性和靈活性。就像計(jì)算機(jī)中可以安裝各種品牌的聲卡、顯卡和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序一樣。其典型產(chǎn)品有美國MDSI公司的OpenCNC、德國Power Automation公司的PA8,000NT等。
比較上述的3種類型的開放式數(shù)控系統(tǒng)，可以發(fā)現(xiàn)：第一種開放式數(shù)控系統(tǒng)主要從硬件的模塊化和接口的標(biāo)準(zhǔn)化上滿足數(shù)控系統(tǒng)的開放性，對(duì)硬件制造水平要求較高；第三種數(shù)控系統(tǒng)充分挖掘計(jì)算機(jī)軟件的潛力，通過軟件模塊化和計(jì)算機(jī)通信標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)建開放式數(shù)控系統(tǒng)，但需要實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)強(qiáng)有力的支持；第二種數(shù)控系統(tǒng)將PC的靈活性和硬件的實(shí)時(shí)性結(jié)合起來，從而降低了對(duì)硬件的要求和對(duì)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求，實(shí)踐證明是目前實(shí)現(xiàn)開放式數(shù)控系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)、最現(xiàn)實(shí)的途徑。由于第一種類型的開放式數(shù)控系統(tǒng)還具有很強(qiáng)的封閉性，屬于過渡階段的產(chǎn)品。