馬春敏 康存鋒 黃旭東 楊建武 費(fèi)仁元

(北京工業(yè)大學(xué)，北京100124)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)進(jìn)行升級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)制造、敏捷制造已成為本領(lǐng)域的重要課題。以美國(guó)DELL公司的運(yùn)作模式為例，公司信息系統(tǒng)通過Internet對(duì)顧客的定單做出反應(yīng)，使其在DELL信息中心分解成若干子任務(wù)，通過網(wǎng)絡(luò)分派給建立了聯(lián)系的獨(dú)立的制造商，各制造商按要求進(jìn)行部件的組裝，并按規(guī)定時(shí)間交貨。DELL在成品車間完成組裝和系統(tǒng)測(cè)試，將產(chǎn)品交付顧客服務(wù)中心。通過信息化，DELL公司便實(shí)現(xiàn)了以最快的速度為客戶提供個(gè)性化的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)，贏得了市場(chǎng)的主動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了公司利益的最大化。作為當(dāng)今世界的制造大國(guó)，我國(guó)的制造業(yè)信息化水平仍較為落后。從十五規(guī)劃起，國(guó)家科技部便將組織實(shí)施制造業(yè)信息化關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用示范工程作為重點(diǎn)。在十五規(guī)劃中決定，在九五CAD/CIMS應(yīng)用基礎(chǔ)上，拿出8億元資金，開展該領(lǐng)域的研究工作。此后的十一五、十二五規(guī)劃也都在繼續(xù)加大投入力度，其成果也十分顯著。

從宏觀上看，制造業(yè)信息化包括產(chǎn)品信息化、企業(yè)信息化、行業(yè)信息化、國(guó)民經(jīng)濟(jì)信息化和社會(huì)信息化5個(gè)層次。其中企業(yè)信息化是行業(yè)信息化、國(guó)民經(jīng)濟(jì)信息化及社會(huì)信息化的基礎(chǔ)。而產(chǎn)品信息化又是企業(yè)信息化的基礎(chǔ)，其基本內(nèi)容包括:設(shè)計(jì)、制造、供銷服務(wù)和決策管理的信息化［1］。其內(nèi)容體系如圖1所示。

通過產(chǎn)品信息化，企業(yè)可以按照市場(chǎng)的需求實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)，從容安排對(duì)產(chǎn)品的推廣、銷售以及原材料的訂購(gòu)。其中，產(chǎn)品制造的信息化為產(chǎn)品制造的全過程提供了監(jiān)控、調(diào)度和管理的平臺(tái)。這一平臺(tái)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)——數(shù)控系統(tǒng)成為提高生產(chǎn)效率的核心和為其他信息設(shè)備提供基本數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。采用數(shù)字方法對(duì)一臺(tái)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和邏輯控制，實(shí)現(xiàn)其生產(chǎn)功能的自動(dòng)化系統(tǒng)可稱為數(shù)控系統(tǒng)。從某種意義上講，數(shù)控技術(shù)的水平?jīng)Q定了產(chǎn)品制造的信息化水平，也體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家制造業(yè)的水平。

1 軟數(shù)控的發(fā)展

1.1 封閉式數(shù)控與運(yùn)動(dòng)控制卡型數(shù)控系統(tǒng)

1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出第1臺(tái)試驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng)，隨后逐漸產(chǎn)生了以德國(guó)西門子和日本發(fā)那科為代表的第1代封閉式數(shù)控系統(tǒng)。至今，對(duì)于需要精密復(fù)雜控制的機(jī)床領(lǐng)域，此類數(shù)控系統(tǒng)仍延續(xù)著其在經(jīng)驗(yàn)和品牌方面的優(yōu)勢(shì)，如日本發(fā)那科、三菱的數(shù)控系統(tǒng)，德國(guó)西門子的840D、我國(guó)華中數(shù)控HNC-32系統(tǒng)和凱奇數(shù)控的NC110等［2］。然而，封閉式系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)顯而易見:對(duì)于特殊的控制要求難以滿足;數(shù)控系統(tǒng)的全部軟件及硬件依賴于系統(tǒng)廠商，同時(shí)受限于廠商。但由于其應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)，運(yùn)行可靠穩(wěn)定，在業(yè)界很多應(yīng)用領(lǐng)域已被廣泛認(rèn)可。

伴隨封閉式數(shù)控系統(tǒng)巨頭出現(xiàn)的同時(shí)，具有一定開放性，可供第三方(即系統(tǒng)集成商)進(jìn)行自主系統(tǒng)研發(fā)的運(yùn)動(dòng)控制卡類產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。如美國(guó)Deltatau公司和我國(guó)研華公司的多軸運(yùn)動(dòng)控制卡。此類產(chǎn)品一般能實(shí)現(xiàn)5軸以下的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)控制，同時(shí)具有一定數(shù)目的I/O接口，供第三方在二次開發(fā)中選用。此類產(chǎn)品在控制算法和人機(jī)界面上均可按照客戶的需求進(jìn)行個(gè)別訂制，但系統(tǒng)的開發(fā)一般采用高級(jí)計(jì)算機(jī)語言(如C語言)，對(duì)開發(fā)人員的編程能力要求較高。其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2。

1．2 NC嵌入PC型數(shù)控系統(tǒng)

隨著PC機(jī)的廣泛應(yīng)用，由于軟件資源豐富、硬件成本低、升級(jí)速度快等特點(diǎn)，一些國(guó)外的大公司利用對(duì)原有產(chǎn)品上持有的經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)，很快開發(fā)出了基于PC的新型數(shù)控系統(tǒng)。如西門子的SimotionP，博士力士樂公司的MTX［3］。此類產(chǎn)品功能豐富，由于其開放性，第三方用戶能夠自行對(duì)系統(tǒng)的軸、通道、I/O等參數(shù)進(jìn)行選配;在控制器與驅(qū)動(dòng)器和I/O模塊之間可采用總線方式的數(shù)字量通訊。邏輯控制方面以PLC語言為主，運(yùn)動(dòng)控制方面以G代碼為主，語言門檻低，適合具有基本的PLC和G代碼編程經(jīng)驗(yàn)的電工技師對(duì)整個(gè)設(shè)備進(jìn)行長(zhǎng)期維護(hù)和適當(dāng)調(diào)整。在采用PC作為編程平臺(tái)和運(yùn)行界面的同時(shí)，為求得高的可靠性、運(yùn)行速度和一定的市場(chǎng)壟斷性，各大公司紛紛推出自己的具有通訊和運(yùn)動(dòng)控制計(jì)算雙重功能的NC控制卡。此類控制卡往往是對(duì)傳統(tǒng)封閉式數(shù)控中控制核心硬件的延續(xù)，故而此類系統(tǒng)又稱NC嵌入PC型數(shù)控系統(tǒng)。以博世力士樂公司的MTX系統(tǒng)為例，其系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1．3 基于硬PLC的簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)

以上所述高檔數(shù)控系統(tǒng)一般都價(jià)格昂貴，編程復(fù)雜。而對(duì)于單軸、或多軸同步要求不高，且邏輯控制與人機(jī)界面簡(jiǎn)單的數(shù)控系統(tǒng)，如:數(shù)控飛鋸機(jī)、立體倉(cāng)庫等設(shè)備，采用帶有高頻脈沖發(fā)生器的硬PLC是性價(jià)比最高的選擇。如德國(guó)西門子的S7-200［4］，日本三菱、歐姆龍的PCL系列產(chǎn)品，我國(guó)和利時(shí)公司出品的PLC系列產(chǎn)品等。PLC模塊帶有自己的計(jì)算處理單元，具有可靠的I/O端子，多采用簡(jiǎn)單的梯形圖語言進(jìn)行編程。通過串口可以連接帶有組態(tài)功能的觸摸屏，實(shí)現(xiàn)具有一定復(fù)雜度的友好的數(shù)控人機(jī)界面。此類控制系統(tǒng)的伺服控制部分一般采取如圖4所示方案［5］。

1.4 基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的軟數(shù)控

伴隨PC機(jī)性能的不斷提高，高技術(shù)含量的軟件日益豐富，編程門檻逐漸降低，特別是高實(shí)時(shí)性系統(tǒng)的出現(xiàn)(如能夠?qū)indows系統(tǒng)提升為實(shí)時(shí)系統(tǒng)的VenturCom RTX 補(bǔ)丁包，VxWorks，QNX，RtLinux，RTAI)，以軟件代替硬件成為一種可能。這標(biāo)志著，即使是十分復(fù)雜，且實(shí)時(shí)性要求較高的數(shù)控系統(tǒng)的全部程序都可以以軟件的方式在PC機(jī)上順利運(yùn)行，不再需要價(jià)格昂貴的帶有CPU的運(yùn)動(dòng)控制卡，稱軟數(shù)控。美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(NIST)開發(fā)的基于RtLinux實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的數(shù)控軟件Enhanced Machine Controller(EMC)，德國(guó)斯圖加特大學(xué)與菲亞特等公司共同合作的基于RTAI和RTCORBA的OCEAN計(jì)劃即為此類系統(tǒng)。前者為一個(gè)完整的開放源碼的數(shù)控系統(tǒng)，其多軸插補(bǔ)部分，在熟讀源碼后可自行修改以實(shí)現(xiàn)自己的多軸控制。系統(tǒng)較適用于各種類型的關(guān)節(jié)型機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等。后者，從數(shù)控系統(tǒng)的開放性角度出發(fā)，在已有的OSACAI體系基礎(chǔ)上［6］，擺脫了微軟公司的COM和DECOM組件技術(shù)，采用了具有實(shí)時(shí)性和跨平臺(tái)功能的RTCORBA作為開發(fā)平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)了真正意義上的開放性。兩者的軟件體系結(jié)構(gòu)如圖5所示。

1.5 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線與基于總線通訊卡的軟數(shù)控

20世紀(jì)80年代，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展將數(shù)控技術(shù)引入更廣泛的設(shè)備制造領(lǐng)域。如:印刷機(jī)械、紡織機(jī)械、輪胎成型機(jī)械、食品包裝機(jī)械、自動(dòng)化流水線等，各類數(shù)控設(shè)備對(duì)數(shù)控系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)。其主要需求可歸納為運(yùn)動(dòng)控制和邏輯控制兩大部分，傳統(tǒng)以機(jī)床為控制對(duì)象的封閉式數(shù)控系統(tǒng)模式在應(yīng)用于以上設(shè)備時(shí)受限頗多。為此，自動(dòng)化領(lǐng)域巨頭，如德國(guó)的西門子、博世分別推出了自己的總線 Profibus和 CAN。1986年，由歐洲各國(guó)控制器和驅(qū)動(dòng)器供應(yīng)商和OEM機(jī)器制造商組成了一個(gè)共享工作組，共同開發(fā)出用于驅(qū)動(dòng)器和控制器間的開放式接口SERCOS(Serial Real-time Communication System)［7］，并在當(dāng)時(shí)成為唯一可用于運(yùn)動(dòng)控制的開放的總線協(xié)議?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的誕生和發(fā)展促使數(shù)控系統(tǒng)不斷向開放式轉(zhuǎn)變。越來越多的公司不斷推出基于現(xiàn)場(chǎng)總線的各類伺服驅(qū)動(dòng)器和I/O模塊。進(jìn)入21世紀(jì)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與IPC和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)相結(jié)合形成了新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。其主要特點(diǎn)是IPC+總線通訊卡(不具有運(yùn)動(dòng)控制運(yùn)算功能)。如圖6所示數(shù)控橫切機(jī)的控制系統(tǒng)［8］，其軟件采用Linux下的GNU C語言編程，通過調(diào)用LIN-SERCANS(即SERCOS卡在RtLinux系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)程序)庫函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)主站通訊卡的訪問(如:發(fā)送位置命令值)。硬件為IPC、SERCOS通訊卡和帶有SERCOS接口的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

以SERCOS接口技術(shù)主站卡發(fā)展為例，先后經(jīng)歷了第一代主動(dòng)卡、第二代SERCOS被動(dòng)卡和第三代SERCOSII卡，直至今天的基于工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)協(xié)議的SERCOSIII。其發(fā)展趨勢(shì)是通訊卡的結(jié)構(gòu)越來越簡(jiǎn)單，最終實(shí)現(xiàn)了只采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)卡作為物理層，而包含協(xié)議內(nèi)容的驅(qū)動(dòng)程序均在PC機(jī)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)上運(yùn)行。使得數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以完全脫離對(duì)硬件設(shè)備的依賴。

在現(xiàn)場(chǎng)總線方面通過國(guó)際電工委員會(huì)的協(xié)調(diào)與組織，IEC61158第四版應(yīng)運(yùn)而生，該標(biāo)準(zhǔn)采納了經(jīng)過市場(chǎng)考驗(yàn)的20種主要類型的現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)和實(shí)時(shí)以太網(wǎng)［9］，具體類型詳見表1。

表1 IEC61158 Ed．4現(xiàn)場(chǎng)總線類型

從上面介紹可以看出，當(dāng)前列入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有幾十種，而其中基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)也有十幾種，但大多是用于過程控制的，能夠用于運(yùn)動(dòng)控制的主要有PROFINET，EtherCAT和SECORSIII。在主站技術(shù)的研究方面，PROFINET具體協(xié)議為西門子公司獨(dú)享;SECORSIII協(xié)議為SERCOS協(xié)會(huì)成員共享，但由于在實(shí)時(shí)性要求方面要求較高，完全擺脫通訊卡尚有難度;EtherCAT協(xié)議由國(guó)際Ether-CAT技術(shù)組織管理，并且已有完整的主站源代碼可以購(gòu)買，因此具有很大的發(fā)展前景。

伴隨微電子技術(shù)的發(fā)展，納米級(jí)高速處理芯片、FPGA的應(yīng)用日益廣泛，總線技術(shù)的發(fā)展有了新的動(dòng)向。德國(guó)赫優(yōu)訊公司于2008年中國(guó)國(guó)際自動(dòng)化技術(shù)展中推出的基于NetX芯片的通訊卡［10］，將若干工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)協(xié)議集于一身，向業(yè)界展示了總線技術(shù)與硬件的非關(guān)聯(lián)性，也給出了更為便捷的研發(fā)基于各種總線的執(zhí)行部件的途徑(圖7)。

1．6 軟PLC與新型數(shù)控系統(tǒng)

在數(shù)控系統(tǒng)硬件部分被逐漸通用化、軟件化的同時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)的軟件開發(fā)也因?yàn)橐豁?xiàng)新技術(shù)——軟PLC的誕生而變得容易而有趣。以往的中高檔數(shù)控系統(tǒng)或采用計(jì)算機(jī)高級(jí)語言進(jìn)行編寫，如基于運(yùn)動(dòng)控制卡的系統(tǒng);或采用數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商自行開發(fā)的PLC開發(fā)平臺(tái)，如博世力士樂公司的MTA，MTC系統(tǒng)。前者因?yàn)橛?jì)算機(jī)高級(jí)語言與自動(dòng)化控制系統(tǒng)畢竟在思維方式上有些不同，因此在開發(fā)復(fù)雜的系統(tǒng)時(shí)開發(fā)效率較低。后者由于數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商在PLC開發(fā)平臺(tái)的完善上往往無暇顧及，大多處在能用即可的水平，且在運(yùn)動(dòng)控制編程方面，一律采用國(guó)際通用的G代碼形式，因此在系統(tǒng)開發(fā)時(shí)也需要較長(zhǎng)的熟悉過程，同時(shí)帶來很多不便。為解決自動(dòng)化控制系統(tǒng)軟件的編程問題，國(guó)際電器協(xié)會(huì)(IEC)制訂了 IEC61131-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)［11］。該標(biāo)準(zhǔn)自20世紀(jì)80年代開始醞釀，至2002年通過第二版。IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的制訂集中了國(guó)際性工業(yè)企業(yè)專家和學(xué)者的智慧，以及數(shù)十年在工控方面的經(jīng)驗(yàn)。主要包括美國(guó)、加拿大、歐洲(主要是德國(guó)、法國(guó))以及日本的7家著名工控企業(yè)。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是:

(1)將多任務(wù)的概念引入工控程序中。提高了程序編寫與執(zhí)行調(diào)試的靈活性。

(2)制訂了多種語言形式標(biāo)準(zhǔn)，包括了3種圖形語言和兩種文本語言。提高了程序塊的封裝性，符合普通人的編程習(xí)慣。

(3)引入了總線接口，并將硬件配置圖形化，令使用者對(duì)硬件配置做到一目了然?？偩€接口通過文件(如jsd文件)導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)硬件層的開放性。即意味著，同一數(shù)控程序可以帶動(dòng)不同總線的不同廠商的設(shè)備。

(4)具有圖形化組態(tài)模塊，使程序體與人機(jī)界面直接對(duì)接。

(5)具有仿真功能，能夠離線調(diào)試。即意味著，工程師可以在不具備硬件設(shè)備的情況下對(duì)程序進(jìn)行編寫和調(diào)試。

(6)具有單步調(diào)試功能，令程序員輕松找到問題。

(7)具有豐富的運(yùn)動(dòng)控制模塊，避免了采用G代碼的編程方法，使針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的編程如邏輯控制一樣簡(jiǎn)單流暢。

(8)支持編程系統(tǒng)與運(yùn)行系統(tǒng)的分離。即可以在Windows環(huán)境下進(jìn)行編程，在編譯通過后下載到運(yùn)行平臺(tái)上。

由上可見IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)工控軟件開發(fā)平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)，需要通過軟件產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)和推廣。目前，已有美國(guó)和德國(guó)的幾家公司推出了自己的產(chǎn)品。而其中的佼佼者當(dāng)推德國(guó)3S公司開發(fā)的Codesys軟件。該公司首先擁有了自己在Windows環(huán)境下的實(shí)時(shí)補(bǔ)丁系統(tǒng)RTE，在此基礎(chǔ)上，按照IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)完成了整個(gè)工控軟件開發(fā)平臺(tái)的研發(fā)。此外，在標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上增加了文件訪問、數(shù)控插補(bǔ)等模塊和安全功能。由于系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，使用方便，在許多國(guó)際性自動(dòng)化展會(huì)上才一亮相便受到業(yè)內(nèi)人士的青睞。其2.0版的軟件結(jié)構(gòu)如圖 8［12］。

目前，全球許多知名的工控領(lǐng)域的大公司均將Codesys開發(fā)環(huán)境嵌入自己的工控產(chǎn)品，以取代自己表現(xiàn)平平的軟件開發(fā)環(huán)境。如:ABB公司、博士集團(tuán)、AMK、BECKHOFF、LENZE等。此外，一些專門開發(fā)PLC和運(yùn)動(dòng)控制器的中小型企業(yè)為給自己的客戶提供友好且符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)環(huán)境也紛紛與3S公司合作，如我國(guó)的和利時(shí)、固高等公司。這種帶有Codesys開發(fā)環(huán)境的PLC或運(yùn)動(dòng)控制器，由于其編程方便、價(jià)格便宜、運(yùn)行可靠，預(yù)計(jì)將有很好的應(yīng)用前景。對(duì)于一般數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)而言，如圖9所示軟硬件體系架構(gòu)將成為今后若干年的主流。

其優(yōu)點(diǎn)是:

(1)采用IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，編程方便。

(2)采用嵌入式系統(tǒng)，價(jià)格便宜、穩(wěn)定性好。

(3)采用工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)總線，主站不需要特殊的硬件板卡。從站設(shè)備可選擇任意一個(gè)廠商出品的帶有總線接口的設(shè)備。

綜上所述，數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從封閉到開放、從硬件控制到軟件控制。系統(tǒng)內(nèi)部的通訊方式從系統(tǒng)廠家的各自為政到采用標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，以及目前軟PLC標(biāo)準(zhǔn)和嵌入式系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，其發(fā)展脈絡(luò)如圖10所示。

2 SERCOS接口技術(shù)資格中心在軟數(shù)控方面的研究

北京工業(yè)大學(xué)SERCOS接口技術(shù)資格中心在國(guó)際SERCOS協(xié)會(huì)的授權(quán)下于2002年正式成立，成為當(dāng)時(shí)繼歐洲、北美的3個(gè)資格中心后的全世界第4個(gè)SERCOS接口技術(shù)資格中心。此后又經(jīng)國(guó)際SERCOS協(xié)會(huì)授權(quán)，建立了SERCOS接口測(cè)試實(shí)驗(yàn)室。

在追蹤開放式數(shù)控、軟PLC以及現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際先進(jìn)技術(shù)方面，該實(shí)驗(yàn)室自上世紀(jì)90年代起便開展了研究工作。在開放式數(shù)控方面，于1999年首次采用博世力士樂公司的基于PC和SERCOS總線的開放式數(shù)控系統(tǒng)MTC成功實(shí)現(xiàn)對(duì)三坐標(biāo)鏜銑加工中心的控制。其控制系統(tǒng)架構(gòu)屬于“NC嵌入PC型數(shù)控系統(tǒng)”，如圖3所示。圖11所示為該三坐標(biāo)鏜銑加工中心的機(jī)械部分與伺服系統(tǒng)。

在與博世力士樂公司的合作中，對(duì)其第二代SERCOS被動(dòng)卡及其在Windows操作系統(tǒng)上的驅(qū)動(dòng)Soft-SERCANS進(jìn)行了全面的研究。在此基礎(chǔ)上，與國(guó)際SERCOS協(xié)會(huì)簽訂協(xié)議，開發(fā)了基于RtLinux的SERCOS二代卡的驅(qū)動(dòng) LIN-SERCANS，如圖12所示。2003年在LIN-SERCANS的基礎(chǔ)上開發(fā)出了具有典型軟數(shù)控特點(diǎn)的IPC+總線通訊卡(不具有運(yùn)動(dòng)控制運(yùn)算功能)型的橫切機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。

2005年該實(shí)驗(yàn)室與德國(guó)3S公司合作，在Codesys數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)上，采用IEC61131-3軟PLC語言先后開發(fā)出了注塑機(jī)［13］、輪胎成型機(jī)、印刷機(jī)［14］以及碼垛機(jī)器人的控制系統(tǒng)，均取得了成功。為軟PLC這一先進(jìn)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的推廣起到了積極的推動(dòng)作用。其中對(duì)印刷機(jī)的無軸化改造項(xiàng)目屬北京市科委重大課題，該項(xiàng)目以IEC61131-3軟PLC語言和SERCOS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)為基礎(chǔ)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了無軸印刷控制系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件的國(guó)產(chǎn)化，取得了重大的技術(shù)突破［15］。圖13為被改造的印刷機(jī)實(shí)體圖與采用Codesys系統(tǒng)開發(fā)的操作界面。

目前該實(shí)驗(yàn)室正集中對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的前沿——工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)開展研究，已在EtherCAT總線的從站和軟主站［16］開發(fā)方面取得了進(jìn)展，并將進(jìn)一步研究新一代開放式的嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器。圖14為基于嵌入式硬件平臺(tái)的EtherCAT軟主站，控制對(duì)象為驅(qū)動(dòng)器與I/O。由于其嵌入式系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)可自行設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)Linux為開放源碼的系統(tǒng)、EtherCAT軟主站是GNU C語言源碼、無需特殊硬件通訊芯片，因而構(gòu)成了更加開放的數(shù)控系統(tǒng)。

3 結(jié)語

制造業(yè)信息化是我國(guó)制造業(yè)領(lǐng)域的前沿課題。數(shù)控系統(tǒng)位于制造業(yè)信息化鏈條的核心和源頭，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件、現(xiàn)場(chǎng)總線和大規(guī)模集成電路等相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，軟數(shù)控、軟PLC以其開放性、靈活性和高的性價(jià)比逐漸成為數(shù)控領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)許多科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)均在以上新技術(shù)方面開展了研究，如北京工業(yè)大學(xué)的SERCOS接口技術(shù)資格中心。同時(shí)，由于數(shù)控設(shè)備種類繁多，更新頻率參差不齊，用戶廠家習(xí)慣不同等原因，無論是封閉式數(shù)控、硬PLC型簡(jiǎn)易數(shù)控、運(yùn)動(dòng)控制卡型系統(tǒng)以及軟數(shù)控、軟PLC又都以其自身特點(diǎn)占據(jù)一定的市場(chǎng)份額，呈現(xiàn)百花齊放的態(tài)勢(shì)。

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