摘要：縱觀機電一體化的發(fā)展歷程，可以看出機電一體化的過程是一個集成化的過程，機電一體化控制系統(tǒng)的開放體系結(jié)構(gòu)具有可移植性、檔次皆宜性以及可互換性等特點，機電一體化控制系統(tǒng)開放體系具有不同層次結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要表現(xiàn)在系統(tǒng)層的開放設(shè)計、應(yīng)用軟件層的開放化設(shè)計以及接口控制層的開放化設(shè)計，其中柔性化接口主要適用于接口標準不確定情形。

關(guān)鍵詞：機電一體化;控制系統(tǒng);開放體系;結(jié)構(gòu)設(shè)計

中圖分類號：TP 文獻標識碼：A 文章編號：1671-864X（2015）02-0074-01

機電一體化是集計算機技術(shù)、微電子技術(shù)及自動化技術(shù)等于一體的先進技術(shù)。機電一體化控制系統(tǒng)面向市場，能夠滿足不同產(chǎn)品的需求，對系統(tǒng)進行開放性的設(shè)計。在過去，一些應(yīng)用軟件還缺乏一定的可持續(xù)發(fā)展能力，這些軟件的適用范圍比較小，擴展起來十分困難。每個系統(tǒng)或產(chǎn)品的標準都是不一致的，使得這些比較傳統(tǒng)的軟件很難實現(xiàn)系統(tǒng)之間的相互融合，不能發(fā)揮出系統(tǒng)應(yīng)有的作用。本研究即是要探討一種新型的控制系統(tǒng)，對系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)進行開放性的設(shè)計，使機電一體化系統(tǒng)具有一定的擴展功能和實用意義。

一、開放體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

（一）開放體系結(jié)構(gòu)的特征

一般來說，開放體系具有可移植性、可互操作性、檔次皆宜性以及可互換性等特征。可移植性是指應(yīng)用軟件的使用和其使用的系統(tǒng)沒有關(guān)系，也就是說應(yīng)用軟件可以在A系統(tǒng)所提供的環(huán)境下運行，也可以在B系統(tǒng)所提供的環(huán)境下運行;可操作性是指在集成的環(huán)境條件下，控制系統(tǒng)可以和不同的系統(tǒng)相互連接，實現(xiàn)協(xié)同工作;檔次皆宜性是指控制系統(tǒng)規(guī)模與功能可以隨著應(yīng)用場合作出相應(yīng)的改變或者調(diào)整;可互換性是指控制系統(tǒng)中各個部件按照功能及可靠性相互之間可以替代，在構(gòu)成機電一體化控制系統(tǒng)開放體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)是不會受制于任何供應(yīng)商，也不需要為版權(quán)費用付出沉重的代價。

（二）開放式體系結(jié)構(gòu)的意義

開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能滿足客戶的不同需求，針對不同的產(chǎn)品制定出不同的生產(chǎn)方案。開放式體系結(jié)構(gòu)能夠滿足客戶對于軟件不同層次的需求。此外，從實用的角度進行分析，開放式體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計可以將各種各樣的應(yīng)用集成在一起，能夠極大地降低用戶訪問時間和訪問的成本。這種系統(tǒng)的功能更強大，還具有相對較低的價格。開放式體系結(jié)構(gòu)的研究和發(fā)展能夠反映出我國制造業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展水平，而且能大大縮短我國制造業(yè)與發(fā)達國家水平之間的差距。

二、機電一體化控制系統(tǒng)開放體系中不同層次結(jié)構(gòu)的設(shè)計

（一）典型的控制系統(tǒng)

典型的控制系統(tǒng)通常是由人機接口模塊、輸出或輸入模塊、基本的系統(tǒng)模塊和專用的模塊等部分組成。一般來說， 能夠保證控制系統(tǒng)的最低端的軟件模塊稱為基本的系統(tǒng)模塊。與個人的電腦相比較而言， 微機系統(tǒng)更具有實時性， 而且能夠很快的適應(yīng)所使用環(huán)境， 比個人的電腦更具可靠性和使用價值， 基本的微機系統(tǒng)都具有比較低廉的價格， 當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時， 修理起來也是比較便捷。輸入或輸出模塊是鏈接人機接口和基本系統(tǒng)模塊的中間環(huán)節(jié)， 而專用模塊則是專門用于一種軟件的模塊， 其專用性比較強。

（二）系統(tǒng)層設(shè)計的開放化

我們可以根據(jù)控制系統(tǒng)軟件層加載方式的不同分為2類：一類是系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)，另一類是硬件系統(tǒng)，2個系統(tǒng)之間存在很大的聯(lián)系。這是根據(jù)不同的產(chǎn)品和不同的組合，把系統(tǒng)軟件固化在系統(tǒng)硬件的ROM 中，因此在軟件執(zhí)行模式的基礎(chǔ)上，還可根據(jù)軟件系統(tǒng)的操作形式，將軟件操作系統(tǒng)在RAM 中運行，或者直接在ROM 中操作。由于個人電腦的快速發(fā)展，PC技術(shù)逐漸被引入到PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)進行操作，這樣能夠大大提高系統(tǒng)的控制效率。

（三）系統(tǒng)層與應(yīng)用軟件層之間的開放化設(shè)計

采用通用操作系統(tǒng)，可以保證系統(tǒng)的可靠性，通用操作系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，人們通過以此系統(tǒng)為基礎(chǔ)開發(fā)了很多軟件，這些軟件基于共同的系統(tǒng)接口可以避免重復(fù)編程，效益得到了極大地提高。通用操作系統(tǒng)的內(nèi)部核心資料是公開的，因此掌握通用操作系統(tǒng)的細節(jié)，可以根據(jù)設(shè)計需要進行相關(guān)的重組，從而在應(yīng)用軟件層上開發(fā)出更好的軟件。由于機電一體化是實時任務(wù)系統(tǒng)，簡單的通用操作系統(tǒng)不能夠完全滿足要求，還需要采用實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，比如AMX操作系統(tǒng)、VRTX嵌入式操作系統(tǒng)以及QNX操作系統(tǒng)等。

（四）應(yīng)用軟件層的開放化設(shè)計

應(yīng)用軟件層可以為操作人員提供良好的人機界面，可以將一些無關(guān)聯(lián)的設(shè)備聯(lián)系到一起，還可以提供資源管理程序的操作系統(tǒng)接口。對應(yīng)用軟件進行開放性的設(shè)計，這樣可以進行開放性的控制。首先應(yīng)基于開放式應(yīng)用軟件層，根據(jù)系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能，基于數(shù)據(jù)流的模塊化設(shè)計方法，以實現(xiàn)數(shù)字控制系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計，使控制系統(tǒng)的功能能夠有效實現(xiàn)。然后，對應(yīng)用層模塊進行有效劃分，將應(yīng)用軟件層的開放式人機界面和開放系統(tǒng)核心接口根據(jù)其需要實現(xiàn)的功能進行開放性的設(shè)計。應(yīng)用軟件的核心就是要實現(xiàn)實時控制，所以，對于系統(tǒng)的設(shè)計，其核心部分就是使應(yīng)用軟件完成實時控制和有效調(diào)度。最后，對于開放式體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計，所有的人機接口都應(yīng)進行模塊化控制，確保系統(tǒng)界面擁有一個統(tǒng)一的風(fēng)格，加強操作人員的操作培訓(xùn)，使其操作技能不斷的提高。

（五）接口控制層的開放化設(shè)計

接口控制層的開放化設(shè)計對于機電一體化控制系統(tǒng)開放體系結(jié)構(gòu)設(shè)計來說是最重要和最關(guān)鍵的內(nèi)容。一般來說，接口控制層主要是處理系統(tǒng)中一些比較復(fù)雜的問題，因為它在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中控制的對象比較繁多， 不僅與總線相互連接著，還與一些其他的外部接口相連接在一起，因此，接口控制層的開放化設(shè)計對機電一體化控制系統(tǒng)體系非常重要，不可或缺。目前我國設(shè)計接口控制層的方法主要分為兩種，一種是用直接的方式，另外一種是利用間接的方式。通過這兩種方式對接口控制層進行設(shè)計，大大的提高了機電一體化控制系統(tǒng)的處理效率和工作質(zhì)量。

三、結(jié)束語

在機電一體化控制系統(tǒng)開放化設(shè)計中，開放體系在層面上具有不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計，最重要的一點就是接口控制層的開放化設(shè)計。輸出或輸入模塊、基本的系統(tǒng)模塊和專用模塊等組成部分的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計表現(xiàn)在應(yīng)用軟件層、系統(tǒng)層和接口控制層的開放化設(shè)計上。隨著機電一體化應(yīng)用范圍的不斷擴大， 機電控制的優(yōu)越性得到了廣泛認可，并且得到了快速發(fā)展， 為現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

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