导言
数控体系的敞开性、可重构规划、模块化、网络化是当时数控技能范畴研讨的热门。敞开式数控的技能实质是规范化，它的方针是把杂乱的数控技能产品体系分割开，构成公认的模块化构件，让更多的厂商能够参加到数控技能的宽广商场中来。明显，模块化是敞开式操控的原始根底和技能雏形，而完结这一方针的条件是一起拟定一个产品的规范，精确地说，便是拟定一个一起遵从接口的规范，以完结巨大数控体系架构的分化和集成。
可重构数控的技能实质是柔性化。其实际上和原有的柔性制作体系一脉相承，只不过加入了办理学和运筹学的技能内容。不同的是，这种办理进程不是彻底由人来主导，而是在人预先界说的决议计划下，由操控体系本身依照某种程度的自动化来施行的，其方针是体系完结从一种形状转变成另一种形状。重构后的体系，可习惯新的制作环境，或供给更优化的功率，这正是柔性制作的核心内容。跟着高集成度、高速度和具有硬件可重构才能的现场可编程门阵列(Field Programmable Gates Array，FPGA)器材的呈现，运用其完结可重构数控体系是一条快速、简捷、牢靠的途径。
跟着工业现场环境和操控目标本身的日益杂乱，数控体系所包括的操控器、驱动器、输入输出模块、传感器、履行器之间需求更多的信息交互。选用传统的模仿通道和并行连线的方法，不只使得数控体系全体结构杂乱，并且在信息交互密布的操控使命下，实时性无法得到确保，由此造成了数控体系操控才能的不牢靠。另一方面，一些现已具有独立性的功用模块迫切需求树立自己的处理运算体系，需求独自的操控器和运算器的支撑，以一种全新的优化方法和拓扑结构融入到数控体系的功用结构中，构成具有网络特征的数控体系操控网络，以使得数控体系在功用完结、现场装备、资源优化方面习惯出产进程自动化和操控流程自动化的柔性、复合型和归纳处理才能等多方面的技能和运用需求。
由此，笔者提出了一种依据现场总线(Processfield bus—DP，PROFIBUS—DP)的可重构敞开式数控体系。
1依据先进精简指令集微处理器和运动操控芯片的可重构数控体系渠道的构建
1．1 依据先进精简指令集微处理器和运动操控芯片的数控体系的规划
因为选用精简指令集核算机(Reduced Instruc—tion Set Computer，RISC)架构的先进精简指令集微处理器(Advanced RISC Microprocessor，ARM)具有如下特色：①体积小、低功耗、低成本、高功用；②支撑Thumb(16位)／ARM(32位)双指令集，能很好地兼容8位／16位器材；③很多运用寄存器，指令履行速度更快；④大多数数据操作都在寄存器中完结；⑤寻址方法灵敏简略，履行功率高；⑥指令长度固定。因此，在本体系规划中，选用ARM的全数字式的操控，能够完结出产进程的数字化与高速高精度。
为缩短开发周期，进步操控功用和体系牢靠性，在体系规划中选用了运动操控芯片MCX314AS。MCX314AS是功用优秀、接口简略、编程简略且作业牢靠的运动操控专用芯片，该芯片能够操控4轴，并完结4轴3联动的方位、速度、加速度等的运动操控和实时监控，可完结直线、圆弧和位元3种形式的轨道插补。一切插补核算由芯片完结，且多轴插补操控功用特别杰出。
体系硬件选用主从式双CPU结构模块化规划，分为依据ARM和现场总线的主控模块、依据MCX314AS的运动操控模块、依据FPGA的可装备模块、交互模块和网络模块。主CPU为ARM处理器，用于键盘、显现、文件存取、网络通讯等办理作业；而从CPU为MCX314AS运动操控芯片，专门担任完结杂乱的运动操控的处理作业。
MCX314AS与ARM的通讯是靠读写总线上的几个地址来进行指令和数据的传输。图1为依据这种思维开发的数控体系结构框图。
图1 主轻体系结构框图
1．2可重构制作体系的规划
可重构制作体系能够经过重组或改动本身部件，快速调整出产才能和功用，以习惯新的出产环境需求。美国国家研讨委员会(National ResearchCouncil)宣布了题为《2020年制作业应战想象》的陈述，其间将可重构制作体系列为优先考虑的范畴之一。对一个制作体系来说，要想满意体系重构要求，它的子体系或部件应具有重构才能，而作为制作体系的要害单元，数控体系也有必要具有重构才能。就重构视点而言，把能够经过重组或改动本身构件，快速调整操控才能，以习惯制作体系全体重构需求的数控体系称为可重构数控体系。在可重构数控体系的研讨方面，国内外首要选用软件的途径，而跟着FPGA的呈现，运用其结构数控体系的操控内核，并充分运用它的硬件可重构性，完结数控体系功用的重构，是可重构数控体系硬件完结的一条途径。
依照文献[3]对可重构制作体系特征的界说，可重构数控体系具有模块化、可集成、可转化、可保护和可定制的特征。选用FPGA构建的数控体系能够很好地表现这些特征。
(1)模块化可对数控体系按功用区分模块，然后选用硬件描绘言语进行逻辑描绘，制成专门的数控IP。
(2)集成化运用专门的归纳软件，将从其他IP供货商购买到的IP和自己开发的数控IP集成为数控体系。
(3)可装备FPGA是依据静态随机存储器(Static Random Access Memory，SRAM)编程的，而硬件描绘言语支撑参数化规划，只需模块接口界说敞开，也能够经过修正数控IP和整合不同的IP来改动规划，下载不同的装备数据以完结柔性化的规划。
(4)可定制FPGA能够经过削减和重整不同的IP，完结数控体系的功用定制，满意特定的加工要求，防止功用的冗余。
(5)可保护性FPGA能够完结在体系编程和在体系重构，因此能够经过从头下载装备数据，完结体系本地或长途晋级与保护。
FPGA的上述长处可满意完结数控体系重构的硬件需求。当数控体系依据用户需求对伺服驱动或逻辑开关量等外部硬件进行扩展或重构后，FPGA在外部逻辑的操控下可经过对存储于E2PROM存储器中的FPGA装备数据从头下载，完结内部逻辑电路更新，从而使数控体系的逻辑电路也完结相应的重构。
依据FPGA的可重构规划，可按需求实时地调全体系的操控逻辑，因此可大大增加核算机数控(Computer Numerical Control，CNC)体系的柔性和现场可重构性。如图2为依据FPGA的可重构体系的结构框图，体系可完结对数控镗床、数控钻床、数控铣床和数控车床的重构规划。
