[发明专利]一种新型的基于多CPU并行处理技术的开放式数控系统实现方法

说明书

一.所属技术领域

本发明公开了一种新型的多CPU并行处理的开放式数控系统的实现方法，属于数控系统、并行信息处 理、网络技术、工业控制技术领域，涉及数控系统、并行控制、远程测控、故障诊断、网络通讯、自动控 制和信号处理。

二.背景技术

当前的数控系统一般采用两种方式，一种是传统专用单片机处理器模式的封闭结构的数控系统，另一 种是处于初期阶段的基于工控机和PLC、运动控制卡组合模式的开放式数控系统。

传统模式的数控系统采用专用单片机为硬件核心，封闭式的体系结构对外屏蔽了所有的技术细节，只 对用户提供功能固定的对外通用控制接口，用户必须按系统要求选择匹配的外围驱动设备来实现数控机床 的构建。一旦系统定型，用户很难进行原有功能的改进、监控、诊断和新功能增加，造成无法适应不断变 化的生产加工工艺需求的问题。软件结构上，封闭式数控系统一般采用与专用单片机配套的汇编语言来构 成系统，对硬件依赖性很强，软件功能扩展和硬件改变后的兼容性都很差。

当前的工控机和PLC、运动控制卡组合模式，由于PC计算机在运行时采用通用的多任务处理操作系统， 占用了比较多的系统资源从事多任务队列式处理，干扰着系统对现场加工的及时响应，降低了系统对重要 控制事件的处理速度，实时性和可靠性方面无法保证足够的性能，这台工控机同时再完成网络通讯，更是 影响了整体运行的效能，因此这种开放式数控系统的结构还处在初期阶段，需要大范围改变实现结构和实 现方法，不具备真正开放的意义。

三.发明内容

本发明公开了一种新型的多CPU并行处理的开放式数控系统的实现方法，主要是利用多CPU并行处理 技术，将数控系统、实时运动控制和辅助控制系统，冗余实时运动控制和辅助控制系统，以及远程服务系 统(包括FMS调度管理，远程状态监测和故障诊断、远程编程服务、远程系统升级等)分为四个并行工作 的子系统，数控系统和远程服务系统运行于多任务处理操作系统平台，实时运动控制/辅助控制系统和冗 余实时运动控制/辅助控制系统运行于强实时处理操作系统平台。对于运动控制和辅助控制系统既可以采 用直接电机/辅助设备控制方法，也可以采用运动控制板卡或基于总线通讯实现的PLC或运动控制器完成 实时控制；数控系统人机交互操作和数控编程采用多任务处理方式，操作灵活，兼容性、扩展性和通用性 极强，而实时运动控制和辅助控制基于强实时操作环境，保证了实时精度；该方法实现的数控系统对于第 三方软件作为部件加入进来具有通用的接口，具有良好的软件兼容性；该方法实现的数控系统可以根据用 户需求自行配置各种软、硬件模块，不仅具有“即插即用”的特点，更具有良好的扩展性和互换性；同时， 该方法实现的数控系统具有强大的远程通讯能力，可以非常方便地接入各种有线和无线网络，实现远程控 制、远程调度管理和远程服务，适合进行各种级别上的协同工作。

本发明实现的新型的多CPU并行处理开放式数控系统结构见附图1。

其中5为新型的多CPU并行处理开放式数控系统，包括1、2、3、4共四个子系统。

1为CNC主控子系统，完成主控软件功能，包括数控加工代码编程、数控加工代码检查和仿真验证、 系统软/硬件自定义配置和外接扩展接口、加工过程监控、手动/自动控制切换、机电系统状态监测和故障 预处理等功能，可以选择采用PCI，ISA，CompactPCI等多种计算机通用总线体系结构，配各种多功能采 集板卡用于实现机电系统状态监测和故障预处理功能；该子系统为并行处理主程序运行机，与其他子系统 进行并行处理，并行处理数据链路实现数据交互；

3为主实时控制系统，完成实时运动控制和辅助控制功能，包括实时在线插补和刀补功能、直接运动 控制和辅助控制功能、通过各种总线通讯加运动控制器实现的控制功能、实时控制系统状态监测功能等； 该子系统可根据用户需求通过配置不同的PCI，ISA，CompactPCI等多种计算机通用总线多功能板卡、运 动控制板卡、总线通讯板卡加运动控制器来实现不同的实时运动控制和辅助控制功能；该子系统服从子系 统1的监控与管理，与子系统1实时并行工作；