基于现场总线的开放式网络化数控系统的设计

图4控制器软件体系结构

　　基础软件平台由Venturcom公司的RTX(realtime extension)和微软公司的Windows 2 000操作系统组成。Windows 2000操作系统可提供良好的图形用户界面、丰富实用的Win32API函数、高效易用的开发工具和大量可用的第三方设备驱动程序。RTX为Windows 2000系统做了实时扩展，解决了Windows2000系统在支持可预测线程同步、优先级可继承、中断延迟和线程切换的可预见性等方面的不足。使用RTX后系统线程切换时间平均达到3.6us，定时器响应速度平均达到10.3us。数控系统实时性要求最高的插补运算和软PLC等任务，就运行在RTX环境下。实际应用时RTX为应用软件提供了与Win 32.dll功能类似的可动态加载和卸载的RT.dll，该动态连接库可帮助实现应用程序对底层硬件的调用。

　　应用平台由数控系统基本功能单元组件构成。包含加减速控制、插补、刀具补偿、译码等近20个模块。这些模块可在不同的条件下，编译组合实现不同的数控任务。

　　应用程序层根据数控任务划分为运动控制单元、逻辑控制单元、网络单元、交互单元和管理控制单元等5个单元。

　　(1)运动控制单元：接受数控程序文件形式的运动指令，或手动操作指令，以及逻辑控制子系统出发的运动控制，经过密化计算，生成运动型设备可以接受的微运动指令。

　　(2)逻辑控制单元：接受逻辑控制程序文件形式的逻辑，并根据此逻辑和其他子系统有关的状态，以及过程型设备的状态，对过程型设备进行操作控制。

　　(3)交互单元：接受各个子系统的信息显示请求，在系统显示机制的支持下，实现信息显示。

　　(4)管理控制单元：接受用户信息，派发任务消息；完成系统的配置、运行调度；完成文件管理、网络通信等服务性任务；加载第三方工具软件。

　　(5)网络单元：实现系统与外部网络的通讯。由于应用平台中的基本功能单元采用组件技术，使得每个组件可单独开发、单独编译，并可与其他组件一起进行编译连接。因此，利用基本功能单元的这种可配置性，用户就可以根据自己的系统需求来生产不同的任务模块。然后，把这些任务模块集成起来就得到所需要的应用程序，进而形成不同的数控系统。图5为应用程序层中运动控制单元的配置过程。

图5运动控制模块配置过程

　　2.3 控制器软件模型方法

　　数控软件与普通应用程序不同，它的计算模型逻辑上是串行的，但在实际卜却是宏观并行的。为了能详尽地描述参考模型的技术细节，采用了有限状态机的建模方法。

　　有限状态机是描述对象状态跃迁的模型方法。该模型包含3种基本元素。

　　(1)状态：对象保持相对稳定状态或持续相对单调行为的模式。

　　(2)处理过程：对象的行为，包括状态变化的过渡过程和系统特定状态下的持续行为。

　　(3)事件：引起对象状态变化的信息(包括其他对象的状态、发布的消息、标志位变化等)。

　　状态机可以实现主要状态问的跃迁过程并被周期型地激活。其激活方式有：周期性中断服务程序；进程、线程服务程序；单线程模型中循环执行程序体等。图6以直线插补为例，展示状态机的应用。由于状态机模型从逻辑卜可以分层次嵌套，因此该模型可以描述行为更加复杂的对象。

图6简单直线插补对象状态机型

3 基于设备故障诊断网的上层网络

　　如图7所示，系统采用分层结构，即现场监控层、局域网监控诊断层和远程监控诊断的三级C／S结构。