导言
现在敞开化是数控体系的研讨热门。敞开式的技能根底便是体系的模块化，但是这种模块化的规划在完结数控体系增量式功用拓宽的一起，往往因寻求密布的软硬件规划而形成数控体系体积巨大，接口冗杂，功用堆叠等负面效应。集中式模块化规划中模块间的模拟量及并行连线的方法，也使得数控体系的全体结构变得复杂，形成在信息交互密布的情况下，体系的实时性得不到有用的确保。别的，跟着工业现场环境和操控目标自身的日益杂乱，数控体系已从简略的运动轨道操控器转变成贯穿数字化制作全进程的体系级渠道。数控设备在完结高速、高精、高效的加工自动化的进程中，对加工进程实时可控的要求越来越高，因而状况监测也成为数控研讨的一个重要方向。
与此一起，以PROFIBUS为代表的现场总线技能现已进入相对老练的阶段。现场总线可以与上层的企业内部网(Intranet)和英特网(Internet)相连，为完结自动化企业一向寻求的根据操控一监控一办理一体化的归纳自动化供给处理方案。跟着数控体系模块化的趋势，数控体系的许多功用单元现已具有了独自的操控器和运算器，具有了独立的数据指令处理体系，迫切需要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。而现场总线运用的根底便是具有独立智能操控才能和通讯才能的节点现场设备。可以说，将PROFIBUS为代表的总线技能运用到分布式数控体系的规划中，以完结数控体系的敞开性和状况监测是适宜的，并且契合未来技能发展趋势。因而，本文以总线技能为根底，结合网络和数据库技能规划一种敞开式可监测的数控体系。
1 数控体系结构
体系分为上、下2层网络，分别为底层设备互联网络和长途毛病监测确诊网络。基层的设备互联网络由PROFIBUS总线和SERCOS总线将各组成单元有机地联络起来。以根据PC架构的操控器为中心，完结数控加工的正常操控和现场信号的收集、监测与上传。上层监控网络结合Internet技能和数据库技能，选用3层C/S构架的信息交互方式。以数据库为中心，将底层网络上传的数据存储在数据库服务器中，完结全体系的数据同享。上、下网络之间的数据通讯经过安装在操控器上的监控作业站完结。其结构如图1所示。
2 底层设备互联网络的软硬件体系架构
2.1 根据总线技能的底层设备互联网络的硬件渠道
底层网络是由操控器、伺服驱动单元、主轴单元、I/O逻辑操控单元、HM I单元、总线接口卡等以总线方法衔接的网络，运用SERCOS和Profibus-DP2种总线[5]o SERCOS总线选用光纤传输，数据传输速率高，适合于多轴联动操控。Profibus-DP总线是一种高速衔接总线，专为自动操控体系与设备级涣散I/O之间的通讯而规划，适合于分布式操控体系的高速数据传输。根据此，本体系中伺服驱动单元和主轴单元选用SERCOS总线衔接。I/O单元、HMI单元经过Profibus-DP总线与数控体系衔接。其结构框图如图2所示。
由图2可见，相对于传统的集中式数控体系结构，操控器的位置发生了改动，由本来的中心模块变成了总线中的一个节点。虽然操控器依然可以被设置为总线中的主设备并作为整个体系的操控主体，担任体系使命的建议和操控数据的生成。通讯方法的改动使其在拓扑结构上与其他外围设备节点处于平等位置。
图2中各模块功用如下:
(1)操控器。它是整个总线体系的主设备，担任数控加工使命的规划、指令与数据的生成、核算和输出，网络体系的初始化、使命的建议、状况查询、数据下载等作业。本文的操控器根据PC架构，经过总线接CI卡与总线衔接。实践中运用的是Profibus-DP主站接口卡和SERCOS通讯板卡。Profibus-DP主站接口卡是一块智能DP协议卡，完结
PROFIBUS协议的链路层和物理层功用。该接口卡是从站和主站的衔接桥梁，经过其内部数字信号处理器( DSP)芯片完结Prof ibus-DP的协议，能精确、及时地完结主、从站的数据交互。SERCOS通讯板卡由ISA接口电路、译码电路、SERCOS处理器和光纤编码接口组成，完结SERCOS主卡和从卡的通讯。
(2)HMI单元。该单元可完结数控加工数据的输入，一起还可处理与用户操作和监控有关的体系功用，具有显现、键盘处理、用户数据传输等功用。
(3)I/O智能模块单元。该单元是数控体系和现场设备中各种离散量的接口。该单元具有专门的处理器，具有智能数据处理和数据通讯才能，可独立接纳、履行总线上的指令。
(4)数字伺服驱动器单元。这是数控体系操控电动机运动的功率单元，是运动操控功用的要害部分。驱动器是体系的运动操控履行器，是与电动机等履行设备和机械设备的接口，担任将操控器的使命和数据转变成运动操控输出，完结弱信号对强电流的操控。
(5)监控确诊单元。它是数控体系状况监测、毛病处理的独立模块。该模块与传感设备直接衔接，可实时收集设备要害部位的作业数据，并能进行预处理和应急处理，可以在必要时与操控器树立信息交互。
底层设备互联网络中的模块设备经过总线联络在一起，各模块不管挂接在哪个总线上，都遵从各自的总线通讯协议，按规则的格局交流信息，一起和谐完结操控使命。这样的规划使得体系的结构不仅在硬件上一致，并且在软件接口上也有一致的方式。
2.2 操控器软件结构图
操控器的软件分为根底软件渠道、运用渠道、运用程序3个层次，如图3所示。
根底软件渠道由Venturcom公司的RTX ( realtime extension)和微软公司的Windows 2000操作体系组成[bio Windows 2000操作体系可供给杰出的图形用户界面、丰厚有用的Win32 API函数、高效易用的开发工具、很多可用的第三方设备驱动程序。RTX为Windows 2000体系作了实时扩展，处理了Windows 2000体系在支撑可猜测线程同步、优先级可继承、中止推迟和线程切换的可预见性等方面的缺乏。数控体系实时性要求最高的插补运算和软PLC等使命运行在RTX环境中。实践运用时，RTX为运用软件供给了与Win32.dll功用相似的可动态加载和卸载的RT.dll，该动态衔接库可协助完结运用程序对底层硬件的调用。
