1引 言

在过去的十几年中，CNC体系结构发生了革命性的变
{l：，CNC系统筹要对最终用户是开放的秘霹重构的，应该具 有开放式体系结构。该体系结构应该具有以下的麟性H．2’：
1)豆操馋性<Interoperability)
2)可移植性(Protability)
3)可律缀性(Scalability)
4)可替换性(Interchangeability) 为了实现数控系统的开放性，世界上开展了广泛的念作，
并形成了几个著名的标准．如：美国的开放模块体系结构控制 器用户组OMAC"J，该论坛致力予定义一个API标准，并已 经建立的标准体系；欧洲的OSACA【11目标是建逝一个生产 商无关的开放舞：控制系统标准．B本的OSEC【4j，目标是为终 端用户、机床厂、控制器厂商、软件厂商、系统整合厂商等提供 一个工业机床控制器标准平台．为解决ChIC与CAD／CAM 之间的数据交换单向传输的问题，1997年欧共体通过OPTI-

MAL计划提出了STEP•NCHl概念．同其，中国也开展了中国 开款式数燕系统计翅(CONUC)，璎究秀效式CNC系缝酶技 术规范，促进CNC系统标准化．
为7分享PC领域爨颧月异麓技术成果，缀多研究者纛 厂家提出了软件数控的概念，基于PC平台设计数控系统及 软件，继承PC的开放性。M。Albert坤1采耀软搏的方式实现了 CNC控翩的闭环．Hua   Ji¨1等采用在PC上运行的Linux操作 系统上打实时穴核孙丁RTLinux实现了蘧向软终的数控系 统．随着面向可重构技术的组件技术出现，如：COI国A、COM 等，很多研究者积厂家将软件组件技术号数控系统设计结合
起来，进行了相关研究．Lin Hu【so提出了基于实时组件设计可 重构数控系．Li Bin【91等对数控缕构进行了研究，应用领域工 程对CNC体系结构进行了分析和建模，基于组件的可潼用技 术设计了CNC各个功能的组件模型。因为现场总线技术具有
连接简单，储息双渤传递，基于现场总线的数控系统体系结构 也成为近年研究的热点之一．Z．D．ZhouIl叫等提出了基于现 场总线的开放式CNC系统的多屡体系结梅，并设计了～个面

收稿R期：2008-01-12    收修改稿酣期：2009-03•16   基金磺目：灏家科技支撑计窝j重大挝多辅联动复合藤工巾心系列产品帮发顼磊
(2007BAF20801)资助，     作者简介：陶耀东，男，1981锋生，博士研究生，研究方向为计箅机应用，数控技术；林浒，男，1955举生，博士，研究
员，簿：b生导努，秘宠方巍为数控援拳、嵌入式系统。
向率床应用的数控系统原魁．Hu   Yi【l¨等应用Meehatrolink．II
总线控制卡，掇接通讯管攥屡(CML)设计了逶谶组律，在谈 线件基础主设计了可重构数控系统。
以上简要的描述了数控系统开放式体系结构方面的研究 和最新进展，这些研究中采用各种软件技术和设计方法保谖 系统魏嚣教毪，餐是并来考虑数控系统钵系结褥砖越来蘧嵩 性能要求的支持．本文接下来将分析商性能数控系统的体系 结构设计中面临的设计问题和挑战，并提出一种商性能开放 式数控系统椴絮(High-performance  Open ChIC System Frame- work，HO--CSF)．

2现有开放式体系结构存在的问题

苁第一部分分绍了颦静数控系统的体系结毒弩亳要研究现 状，焦点主要集中在PC-V-台上设计数控软件体系结构．pC 上运行实时操作系统，数控相关的插补计算、运动控制和PLC 溪动，都震PC上酶软件实蠛，并缮魏PC平台上攀富戆软纷 技术和工具(如：DCOM，CORBA)来保证数控系统的开放性， 这种体系结构的出现得益予近十年来不断增强的PC处理能 力，乍看，这是数控系统的发展的自然演化。
但是，基予PC平台的设计数控，份者认为不会成为长期 的赭势．当前，数控系统芷向着高速、高精、智能化方向发展， 高速高精度控制涉及进给速度达到50re／rain，加速度2G以 上，逶动控铡阕期这劐0。125ms，诗筹精度这臻疲零缀，支持 NURBS等的曲线曲面插补算法．智能化涉及复杂的刀具中心 点管理(RTCF)、面向高精度加工的刀具半径、溆度、振动抑 裁李}偿，切削力鑫适应控制，王箨搬王过翟的在线三维实俸仿 真娃示，在线刃具干涩检查等智能纯功能．显然，备种高频率 的监控和控制证务，都可能被添加到数控系统控制任务中，并
要求在其控制周期虎实时宠成相关监控和控制计算，对数控 系统的诗算熊力要求越寒越高，基子PC豹纯软捧数控系统 很难满足以上的高性能要求．为解决邈魈问题，很多商用的数 控紧统采用增加系统中的处理器或控制器数量来提高其计算 戴力，或者采用硬件妻珏逮，或者采用总线技术将数按系统的控 制糖能分散到多个控制器上实现分布式控箭．
作者认为，在未来高性能数控系统体系结构中采用多个 处壤器或控制器是系统设计者的必然选择，采用现场总线技 术实现系统阀务令功能缀徉之阉的巍联是实璜麓毙纯酶基 础，从CCMT2008已经可以观察到这种发展趋势¨引．面对这 种技术发展趋势，高性能开放式数控系统体系结构最新的需 求霹浚分为泼下菇类：
1．开放式，仍然保证评放式体系结构的优点
2．高性能，从体系结构上支持各种数控系统计算能力提 舞方法。如：多处理器，硬l牛蜘速。
3．分布式系统结构，支持控裁功能豹分布，嚣够镆好的支
持慕于总线的分布式数控结构．
4．在某一裁度级别上的厂商无关性，不同厂家生产软工 具秘褒终设备帮後方便戆集成．
为满足以上所述需求，本文提出来一种高性能开放式数 控该系统框架(HO—CSF)。HO—CSF在保证开放式数控系统原
有的苴操作性、可移植性、可伸缩性、可替换性的特点，还从结
构上支持提高系统性能的务种方法，并采用统一的遁讯模型， 可以实现不丽硬捧乎台下豹数控系统快速重构．

3．高性能开放式数控系统框架(HO-CSF)

赛憔能开放式数控系统框絮是离档数控国家工稷研究孛 心提出的一个完整的数控系统开发框架．篡于该框架的数控 系统是内许多互联的功能组件构成，用户从HO．CSF巾选择 爨要的劝戆缝箨，壤撂功毙需求，逶过逶嘏缝律将缝俘浚攘起 来，各个功能组件被一个或者多个线程驱动，使得各个功能组 件有序的工作，完成所需任务．HO—CSF不暾分组件的硬件和 软件实现，为覆盖所有的应用褥求，HO．CSF定义套多秭功能 组静，功能组件串实现功能豹方法由采用绑定映射圈(bind- ing map)确定其实现形式，可以是高灵活性的软件实现，也可(责任编辑：南粤论文中心)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(南粤论文中心__代写代发论文_毕业论文带写_广州职称论文代发_广州论文网）