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《华侨大学》 2002年
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基于RTLinux的开放式数控系统设计与实现

吴寒  
【摘要】: 开放式数控系统已经成为现代数控系统的发展趋势,技术体系由封闭走向开放,将对数控技术的发展产生深远的影响。相对于传统的数控系统,开放式数控系统在构建体系和具体实现技术上都有很大差异。本文对开放式数控系统的构建体系进行了理论研究,并结合基于RTLigux的开放式数控系统的实际开发经验,提出了具体的构架方案和实现技术。 “开放式数控系统”的统一的、明确的定义尚未形成。本文首先对开放式数控系统的实质内涵和具体特征进行了分析,在此基础上,分析了开放式数控系统相对于传统数控系统的优势以及目前存在的不足。 数控系统的硬件平台和软件平台对于数控系统的结构和特征起基础性的决定作用。PC已经成为开放式数控系统的首选硬件平台。软件平台方面,目前开放式数控系统普遍采用Dos或Windows操作系统。本文经过分析指出Dos和Windows都不是开放式数控系统的理想软件平台,提出了基于RTLinux操作系统构建数控系统的方案,并开发完成了一个较为完整的数控系统。 RTLinux是性能优秀的实时多任务操作系统,基于RTLinux的数控系统,可以在无需下位机的前提下实现实时多任务调度。RTLinux的源码是开放的,基于RTLigux开发数控系统,有助于从根本上提高我国数控技术水平。本文对RTLigux的原理和特征进行了分析,总结了RTLinux环境的关键编程技术。 数控系统软件的架构从总体上决定了数控系统的质量。数控系统软件架构主要包括逻辑架构和时序架构两个方面。逻辑架构是指数控系统的功能模块划分及模块之间的数据传递关系;时序架构是指数控系统的多任务运行时机分配:保证实时任务(如插补)的实时性,保证非实时任务(如界面显示)能够得到适当运行,保证各任务之间正确合理的时序关系。本文在系统的逻辑架构设计和时序架构设计方面做了不少创新性的工作:提出了开放式数控系统的模块划分原则,设计并实现了模块间的大缓冲机制;提出了开放式数控系统的时序设计原则,提出了RTLinux环境中的数控系统时序实现机制并给出了具体方案。在搭建系统架构的基础上,编程实现了主控、界面、译码、插补、位控等模块,本文对本系统功能模块的具体实现过程中采用的一些有特点的编程技术也进行了阐述。 数控系统和伺服系统的接口是数控系统软件的一个重要组成部分。本文结合作者的实际开发经验,讨论了数控系统的伺服接口,包括接口板卡的选用和RTLinux环境接口驱动编程等实用技术。重点阐述的是步进伺服接口和数字式交流伺服接口。 除进行伺服控制外,数控系统还需进行开关量控制。本文提出了RTLinux环境的“软PLC”这一创新方案,用软件代替传统的PLC硬件完成开关量控制,有效降低了系统成本,提高了灵活性。 信息技术与数控技术的融合是数控系统的一个重要发展方向。本文对以网络和数据库技术为代表的信息技术在数控系统中的应用进行了探讨,介绍了网络功能和数据库功能在本系统中的具体实现,例如远程控制,远程数据库访问等。 本系统已进入样机试验阶段,初步应用实践表明:本系统的软件架构合理,软件功能强大,系统整体性能较为优秀。
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