摘要：開放式數控系統是下一代數控系統的主要發展方向，國內外都正在進行研究和并在工業已經獲得應用。文章闡述了開放式數控系統的現狀與發展趨勢。討論了新一代數控系統的硬件和軟件結構以及皮米插補技術。
　　關鍵詞：開放式控制器數控系統機床

　　1 開放式數控系統

　　數控系統是數控技術的核心，數控機床的“大腦”。開放式數控系統從20世紀90年代初就引起人們的注意。初期的開放式系統結構仍然是面向特定裝置、硬件和軟件的。對于現代數控機床的控制來說，需要一種完全以微機為基礎的、和諧的、標準化的軟件環境，從而能夠根據用戶需要實現復雜的控制功能，在縮短加工時間的同時，提高加工質量和柔性從圖1可見，開放式數控系統的結構是面向軟件配置的，可以由用戶自行定義接口和軟件平臺，不斷將功能集成到控制系統中，構成網絡化的制造環境。將控制系統硬件和軟件完全分開，可以根據需要和技術的發展對相應硬件或軟件分別升級。這一點對于機床制造商和用戶都是非常有利的。
　　用戶進人數控系統的內部接口，就可進一步按照加工過程的要求，修改、刪除和添加控制系統的功能，提高機床（包括控制系統）的性能。通過外部接口，就可根據自己的特殊需要和經驗，增加新的控制功能。毫無疑問，開放式控制系統是機床控制技術的發展方向，將給數控系統供應商、機床制造商和最終用戶都帶來效益，如圖2示。

2 開放的標志和內涵

　　數控系統的開放成度可從以下4方面來加以評價。
（1）可移植性。系統的應用模塊無需經過任何改變就可以用于另一平臺，仍然保持其原有性能。
（2）可擴展性。不同應用模塊可在同一平臺上運行，相互不發生沖突。
（3）可協同性。不同應用模塊能夠協同工作，并以確定方式交換數據。
（4）規?？勺儭媚K的功能和性能以及硬件的規?？砂凑招枰{整。

　　實踐證明，控制系統的開放程度將涉及人機界面、控制核心和整個系統：
（1）開放的人機界面。“開放”僅限于控制系統的非實時部分，可對面向用戶的程序作修改。
（2）開放的控制核心（數控和可編程控制等）有限度開放。雖然控制核心的拓撲結構是固定的，但可以嵌人包括實時功能的用戶專用過濾器。
（3）開放的控制系統?？刂坪诵牡耐負浣Y構取決于過程，內部可相互交換、規?？勺?、可移植和可協同工作。
　　當前，盡管眾多的數控系統供應商宣稱他們的產品是開放式數控系統，但系統的開放程度仍然有很大差異。全開放數控系統應該能夠與上層和下層進行通信，如圖3示。

3 開放式數控系統結構及其接口

　　控制系統硬件和軟件結構有3種不同方案：
（1）方案1?；趥鹘y的數控系統結構，系統的功能分別由專用的處理器承擔，控制系統核心的位置控制器采用模擬驅動接口。
（2）方案2。將控制模塊綜合，減少處理器的數目，采用集成化控制功能的數字驅動方案。
（3）方案3。以微機為基礎，采用實時操作系統和單處理器，所有的控制功能作為軟件任務在實時環境下運行，即SoftCNC，具有更大的靈活性。
　　3種不同方案的結構及其比較如圖4示。

      機床的新一代數控系統對實時性和可靠性要求很高，硬件和軟件的接口性能具有重要意義。接口可分為外部接口和內部接口兩種。

　　外部接口的作用是將控制系統與上層和下層裝置以及用戶連接，可以分為編程接口和通信接口。NC和PLC編程接口是標準化的，例如RS274、DIN66025。通常采用現場總線SERCOS,Profibus或DeviceNet，作為各種裝置和I/0的接口，采用以太網和TCP/IP作為與上層系統的接口。系統環境內部接口用于構成控制系統核心的元器件之間的交互和數據交換。
　　10多年來，各國都對開放式控制系統進行了卓有成效的研究和開發。例如，美國的“下一代控制器(NGC)”研究計劃提出了開放式結構標準規范(SOSAS）以及三大汽車公司提出了“開放的模塊結構控制器（OMAC)”計劃；日本由18家機床制造商和系統提供商共同參與的“控制器開放環境（OSEC)”協會，致力于推動控制器開放化；德國發起、歐洲各國參與的“自動化