目前開放化是數控系統(tǒng)的研究熱點。開放式的技術基礎就是系統(tǒng)的模塊化，然而這種模塊化的設計在實現(xiàn)數控系統(tǒng)增量式功能拓展的同時，往往因追求密集的軟硬件設計而造成數控系統(tǒng)體積龐大，接口繁雜，功能重疊等負面效應。集中式模塊化設計中模塊間的模擬量及并行連線的方式，也使得數控系統(tǒng)的整體結構變得復雜，在造成信息交互密集的情況下，系統(tǒng)的實時性得不到有效保證。另外，隨著工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境和控制對象本身的日益龐雜，數控系統(tǒng)已從簡單的運動軌跡控制器轉變成貫穿數字化制造全過程的系統(tǒng)級平臺。數控設備在實現(xiàn)高速、高精、高效的加工自動化的過程中，對加工過程實時可控的要求越來越高，因此狀態(tài)監(jiān)測也成為數控研究的一個重要方向。

　　與此同時，以Profibus為代表的現(xiàn)場總線技術已經進入相對成熟的階段?，F(xiàn)場總線是應用在生產現(xiàn)場并在微機化測量設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數字通信的系統(tǒng)，是一種多點通信的開放化數字式底層控制網絡。并且現(xiàn)場總線還能夠與上層的企業(yè)內部網和英特網相連，為實現(xiàn)自動化企業(yè)一直追求的基于控制一監(jiān)控一管理一體化的綜合自動化提供解決方案。隨著數控系統(tǒng)模塊化的趨勢。數控系統(tǒng)的很多功能單元已經擁有了單獨的控制器和運算器，具有了獨立的數據指令處理體系，迫切需要以一種全新的優(yōu)化方式和拓撲結構融人到數控系統(tǒng)的功能框架中。而現(xiàn)場總線應用的基礎就是具備獨立智能控制能力和通訊能力的節(jié)點現(xiàn)場設備?？梢哉f，將Profibus為代表的總線技術應用到分布式數控系統(tǒng)的設計中，以實現(xiàn)數控系統(tǒng)的開放性和狀態(tài)監(jiān)測是合適的，并且符合未來技術發(fā)展的趨勢。因此本文以總線技術為基礎，結合網絡技術、組件技術和數據庫技術設計了一種開放式可監(jiān)測的數控系統(tǒng)。

1 數控系統(tǒng)框架

　　系統(tǒng)分為上下兩層網絡，分別為底層設備互聯(lián)網絡和遠程故障監(jiān)測診斷網絡。下層的設備互聯(lián)網絡由Profibus總線和SERCOS總線將各組成單元有機地聯(lián)系起來。以基于PC架構的控制器為核心，實現(xiàn)數控加工的正?？刂坪同F(xiàn)場信號的采集、監(jiān)測與上傳。上層監(jiān)控網絡結合英特網技術和數據庫技術，采用三層C／S架構的信息交互模式。以數據庫為核心，將底層網絡上傳的數據存儲在數據庫服務器中，實現(xiàn)全系統(tǒng)的數據共享。上下網絡之間的數據通訊通過安裝在控制器上的監(jiān)控工作站實現(xiàn)。其結構如圖1所示。

圖1系統(tǒng)框架

2 底層設備互聯(lián)網絡的軟硬件體系架構

　　2.1 基于總線技術的底層設備互聯(lián)網絡的硬件平臺

　　底層網絡是由控制器、伺服驅動單元、主軸單元、I／O邏輯控制單元、HMI單元、總線通信接口卡等以總線方式連接的網絡。系統(tǒng)中伺服驅動單元和主軸單元采用SERCOS總線連接。I／O單元、HMI單元通過Profibus—DP總線與數控系統(tǒng)連接。其結構框圖如圖2所示。

圖2底層網絡結構

　　由圖可見，相對于傳統(tǒng)的集中式數控系統(tǒng)結構，控制器的地位發(fā)生了變化。由原來的核心模塊變成了總線中的一個節(jié)點。盡管控制器仍然可以被設置為總線中的主設備并作為整個系統(tǒng)的控制主體，負責系統(tǒng)任務的發(fā)起和控制數據的生成。但通訊方式的改變使其在拓撲結構上與其他外圍設備節(jié)點處于同等地位。

　　2.1.1 系統(tǒng)采用的總線的特點及功能分析

　　現(xiàn)場設備層負責具體的生產及其任務協(xié)調，數據響應時間量級為毫秒級，故系統(tǒng)對連接分布式部件的現(xiàn)場總線有特殊的要求。下面分析SERCOS總線和Profibus-DP總線的各項指標是否符合數控系統(tǒng)的要求。

　　假設伺服控制算法、插補算法和自適應前饋補償算法執(zhí)行周期分別為T1、T2和T3，且3種算法執(zhí)行的頻率分別為f1、f2和f3，在此，f1

　　式中m為總線上一次傳輸的總比特數。如果根據實際要求計算出來的f小于現(xiàn)場總線的傳輸速率，則表示總線能滿足實際需求。下面分析SERCOS總線的特性。圖3為SERCOS總線的報文結構。