发展国产数控系统的根本出路一0

发展国产数控系统的根本出路（一）

发展国产数控系统的根本出路（一） 2011年12月09日 来源： 确立科技创新战略，依靠科技创新建立我国独立、先进的技术体系，是我国数控系统技术与产业发展的根本出路。 1　国产数控系统的发展方向

找准适合我国国情的数控发展方向，确立可行的发展道路，是通过科技创新发展国产数控的关键。

1.1　数控系统体系结构的主要形式与发展前途

从宏观上看数控系统可分为专用计算机数控系统和通用计算机数控系统两大类。目前国内外众多厂商普遍看好的数控系统发展方向是通用计算机数控系统。在通用机数控中最成功的当属PC数控系统。

由于PC机(包括工业PC)产量大、价格便宜，技术进步和性能提高很快，且可靠性高(工业PC主机的MIBF已达30年［1］)。因此，以其作为数控系统的软硬件平台不但可以大幅度提高数控系统的性能价格比，而且还可充分利用通用微机已有软硬件资源和分享计算机领域的最新成果，如大容量存储器、高分辨率彩色显示器、多媒体信息交换、联网通讯等。

目前，PC数控系统的体系结构主要有以下几种形式：

(1) 专用数控加PC前端的复合式结构　这类系统的设计思想是将通用PC和专用NC通过高速信息交换通道连接到一起组成一复合式数控系统。这类系统的优点是可以保持原有数控基础，发挥厂家在以硬件专用芯片实现特殊控制功能等方面的优势，且技术上容易保密，因此多为一些老的数控厂商或实力较强的厂家所采用。这类系统的最大缺点是开放性有限、开发和生产成本较高，技术升级换代较慢。可以预计，在我国现有条件下，此类系统不会有大的发展。

(2) 通用PC加实时控制单元的递阶式结构　其设计思想是利用PC机作为数控系统软硬件平台，在其标准总线上直接连接实时控制单元(将实时控制板卡插入总线插槽中)而组成完整的数控系统。其中，PC机主要完成数控系统中上层一些实时性不是很强的任务并对全系统的运行进行协调和管理，而实时控制单元则完成数控下层的高实时性控制任务。实时控制单元可以是带轨迹插补计算、位置控制、开关量控制(PLC)等的完整的CNC单元，也可以是仅具有位置控制功能的简单位控卡或与数字式伺服接口的数字脉冲转换卡。由于这类系统结构简单、易于实现开放性、成本相对较低，因此得到了国内外许多厂商，特别是中小厂家的广泛采用。但这类系统也存在一些缺点。最突出的就是实时控制单元与伺服驱动单元间的信息交换问题。目前，将实时控制信息送往伺服驱动单元的方法主要有两种：一种是通过模拟量形式进行，主要问题是难以消除零飘、温飘对精度的影响，容易受外部干扰。另一种是通过脉冲量形式进行，主要缺点是实时控制单元与伺服驱动单元间需通过非编码方式直接传递指令脉冲信号，一旦丢失脉冲或引入了干扰脉冲，难以进行查错纠错，不易保证信息的高可靠性。

(3) 数字化分布式结构　其方案是将由DSP等组成的数字式伺服通过以光缆等为介质的网络与PC数控装置连接起来，组成一完整的数控系统。由于这种系统采用分布式计算和控制，并通过具有高可靠性和高实时性的网络进行通讯和协调，因而可以最大限度地发挥各子系统的能力，使整个数控系统具有很好的性能。但是，这种系统的开发和生产成本很高，没有较大的投资很难上马。

综上所述，本文认为以上三种结构均不是符合中国国情的最好方案。

1.2 符合中国国情的PC数控的发展道路

几十年的经验教训表明，可靠性好坏是国产数控系统生死存亡的关键。我们在开发新型数控系统时，优先选用新型高性能CPU(如高主频的Pentium Ⅱ、Pentium Ⅲ等)作为系统的运算和控制核心，并尽量用软件来实现数控的所有功能。这样，可大幅度减小系统硬件的规模。此外，还应在软件设计、电源设计、接插件设计与选用、接地与屏蔽设计和施工等采用强抗扰高可靠性设计与制造技术，从而全面提高系统的可靠性。

在基于高性能CPU的PC平台上不仅可以完成数控系统的基本功能(如信息处理、刀补计算、插补计算、加减速控制等)和开关量控制功能(内装PLC)，而且还可以完成伺服控制功能。这样，以前由DSP完成的数字化伺服控制功能(如位置控制、速度控制、矢量变换控制等)均可由PC中的CPU完成，从而实现内装式伺服控制，这不仅有效缩小了数控部分的硬件规模，而且还大幅度缩小了伺服控制部分硬件规模。

这种具有内装PLC和内装伺服控制的全软件化集成式数控系统，其硬件规模将达到最小化，整个数控系统除一个PC平台外，剩下的只有驱动机床运动的功率接口和反馈接口。这既有效提高了系统可靠性，又提高了系统性能，同时还可显著降低系统成本，使系统(包括电动机)售价可降至现有数控系统的一半左右。显然，这种高性能、高可靠性

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