王舒瑋

近年來(lái)，數(shù)控技術(shù)發(fā)展十分迅速，計(jì)算機(jī)技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。系統(tǒng)中的元件基本上都是分立的，在邏輯電路排列方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)控運(yùn)算。由此可見(jiàn)，計(jì)算機(jī)硬件是實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)價(jià)值的關(guān)鍵，而且隨著信息技術(shù)的深入，數(shù)控技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有效地結(jié)合在一起，成為一種以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有信息處理等功能?；诖耍疚难芯苛饲度胧骄W(wǎng)絡(luò)數(shù)控技術(shù)及其系統(tǒng)應(yīng)用。

1 嵌入式系統(tǒng)分析

1.1 嵌入式系統(tǒng)模型

嵌入式系統(tǒng)是一種以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，其中包含多元化電子系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行分析，可以得出非電子系統(tǒng)能夠在嵌入式系統(tǒng)下完成模擬，大型系統(tǒng)往往是由多個(gè)嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成的，在這種情況下，系統(tǒng)與外界能夠進(jìn)行信息的交流。除此之外，嵌入式系統(tǒng)能夠?yàn)槠渌到y(tǒng)提供良好服務(wù)，在信號(hào)輸入、輸出中有著至關(guān)重要的影響。如果結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)，不僅能夠控制機(jī)電，還能完善計(jì)算機(jī)微處理器傳感器及中央處理器等，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的順利運(yùn)行。所以，嵌入式系統(tǒng)也被稱(chēng)為嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其具體模型如圖1所示。

圖1 嵌入式系統(tǒng)模型

1.2 嵌入式系統(tǒng)可重構(gòu)能力

在嵌入式系統(tǒng)中，存在著一個(gè)中央處理器，該處理器能夠運(yùn)算外界指令，同時(shí)實(shí)現(xiàn)微處理器的功能。此外，如果人們基于該理念綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)，微處理技術(shù)會(huì)呈現(xiàn)出比較強(qiáng)的可編功能，由于微處理器具有較強(qiáng)的柔性特點(diǎn)，因此芯片使用會(huì)非常安全，數(shù)據(jù)傳輸也就更加便捷。而嵌入式系統(tǒng)的可重構(gòu)能力源自軟件控制，在相應(yīng)資源下可以進(jìn)行計(jì)算機(jī)平臺(tái)的重構(gòu)，之后將其應(yīng)用在不同環(huán)境中。

其實(shí)，可重構(gòu)的實(shí)際含義是資源的重復(fù)使用及共享資源，在沒(méi)有FPGA的基礎(chǔ)上，嵌入式網(wǎng)絡(luò)可重構(gòu)能力主要源于重組方式，能夠進(jìn)行軟件功能的重復(fù)使用。當(dāng)FPGA出現(xiàn)之后，資源會(huì)變成文件形式，用戶(hù)使用會(huì)非常方便，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件功能的強(qiáng)化。從廣義角度進(jìn)行分析，嵌入式系統(tǒng)的可重構(gòu)能力有利于實(shí)現(xiàn)硬件、軟件的更新，并且在裁剪的基礎(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字控制和設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)數(shù)控的開(kāi)放性[1]。

2 嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

在嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)分析可知，其中包括多個(gè)嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且數(shù)控操作、管理系統(tǒng)、顯示輸入裝置之間是相互連接的，能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交互。通過(guò)數(shù)控操作管理系統(tǒng)的應(yīng)用，人們能夠收集加工代碼并進(jìn)行翻譯，對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的故障進(jìn)行排查。此外，網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)中的以太網(wǎng)絡(luò)可以與外部網(wǎng)絡(luò)相連接，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)式及運(yùn)行加以控制，與數(shù)控操作管理系統(tǒng)相比，現(xiàn)實(shí)和鍵盤(pán)輸入裝置更能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的交互，在輸入操作指令、相關(guān)數(shù)據(jù)之后，系統(tǒng)會(huì)處于加工狀態(tài)。插補(bǔ)器、運(yùn)動(dòng)控制器能夠?qū)Σ逖a(bǔ)、間隙補(bǔ)償進(jìn)行運(yùn)算，并且將速度控制信息傳輸?shù)角度胧剿欧刂破髦?，而嵌入式PLC的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)中全部邏輯控制的優(yōu)化及完善，進(jìn)而完成PLC功能。通過(guò)速度、位置伺服控制器，人們能夠?qū)庸ぽS的速度和位置進(jìn)行調(diào)整，遠(yuǎn)程監(jiān)控不僅可以在NC客戶(hù)端的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，也可以依靠Web瀏覽器的作用。對(duì)于嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)而言，其線(xiàn)路連接主要是在NC操作系統(tǒng)下，利用EIARS-485線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制器與嵌入式PLC的連接，其中NC操作系統(tǒng)是采用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議以及全球數(shù)字系統(tǒng)連接的。不管是嵌入式系統(tǒng)還是網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)，都具備數(shù)控功能，在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基礎(chǔ)上，網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)和技術(shù)變成了控制執(zhí)行單位，能夠在遠(yuǎn)程控制下與NC客戶(hù)溝通交流[2]。

2.2 軟件結(jié)構(gòu)

通過(guò)分析嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，人們可以得出其組成部分主要包括程序、伺服運(yùn)動(dòng)控制軟件等，具有控制組態(tài)軟件模塊價(jià)值。對(duì)于通用性設(shè)計(jì)而言，可以設(shè)計(jì)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的接口，從而展示出代碼編譯、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋３酥?，PLC單元及數(shù)控單元是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，在進(jìn)行數(shù)控軟件研發(fā)過(guò)程中，一般情況下會(huì)生成自動(dòng)化的軟件，幫助用戶(hù)完成軟件下載。

數(shù)控系統(tǒng)中的定義模塊是在編譯語(yǔ)言應(yīng)用下，選擇與數(shù)據(jù)描述相適應(yīng)的組態(tài)軟件，并在嵌入式控制模塊下形成一個(gè)特定的軟件版本，發(fā)揮出特定功能，充分滿(mǎn)足用戶(hù)需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的完善及優(yōu)化。在特定環(huán)境下，數(shù)控軟件能夠自主生成，再加上NCDL的描述，就會(huì)形成非常適合的匹配，完成數(shù)控軟件的下載后，已經(jīng)生成的數(shù)控軟件和嵌入式數(shù)控系統(tǒng)能夠一同使用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的順利傳輸，真正提升工作效率及數(shù)據(jù)傳輸安全性。

3 嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 中央數(shù)控單元

嵌入式中央數(shù)控單元主要采用ARM+DSP結(jié)構(gòu)，其中ARM應(yīng)用的是32位的S3C44B0X ARM芯片，而DSP應(yīng)用的是32位的高性能DSP TMS320F2812，ARM與DSP之間能夠在串口的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，而且還具備JTAG硬件調(diào)試功能。中央數(shù)控單元中DSP的CAN總線(xiàn)接口可以在CAN驅(qū)動(dòng)下與其總線(xiàn)相連，切實(shí)提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，基本上能達(dá)到1MB/s。在DSP通用定時(shí)器下產(chǎn)生的PWM脈沖，其作為進(jìn)給量可以添加一個(gè)I/O信號(hào)，從而變成加工軸上的進(jìn)給信號(hào)。

對(duì)于嵌入式中央數(shù)控單元中的ARM而言，可以為uC/OS嵌入式操作系統(tǒng)提供運(yùn)行環(huán)境，除去插補(bǔ)、刀補(bǔ)以及間隙補(bǔ)償，其他數(shù)控主程序都可以在ARM上面運(yùn)行。除此之外，ARM還具有以下功能：與顯示、鍵入裝置相連接，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；在串口的基礎(chǔ)上將編譯之后的插補(bǔ)代碼發(fā)送至DSP；在總線(xiàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)控[3]。中央數(shù)控單元中的DSP具有插補(bǔ)、刀補(bǔ)、間隙補(bǔ)償?shù)冗\(yùn)算功能。此外，DSP可以利用高速現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)將進(jìn)給量傳輸?shù)剿欧刂葡到y(tǒng)中，或者在PWM、通用I/O接口的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)四路獨(dú)立進(jìn)給脈沖，達(dá)到伺服控制狀態(tài)。

3.2 顯示器及鍵入裝置

對(duì)于嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)而言，其中的顯示器、鍵入裝置主要采用的是256色的彩色液晶顯示器。在ARM芯片的集成的顯示控制功能下，可以實(shí)現(xiàn)顯示控制，所以，系統(tǒng)顯示也會(huì)變得更加簡(jiǎn)單。由ARM芯片所提供的I/O接口，對(duì)鍵盤(pán)、按鍵輸入電路以及手搖脈沖具有開(kāi)發(fā)功能。

3.3 嵌入式PLC

所謂嵌入式PLC，實(shí)際上是由C8051F022芯片構(gòu)成的I/O控制板，可以在485異步串行總線(xiàn)的基礎(chǔ)上與中央控制單元連接在一起。在該系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)直線(xiàn)、圓弧以及多項(xiàng)式等曲線(xiàn)的插補(bǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)控技術(shù)具有應(yīng)用性強(qiáng)、適應(yīng)性好等特點(diǎn)，而且系統(tǒng)與技術(shù)軟硬件可以剪裁，并完成協(xié)同設(shè)計(jì)。嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用，在發(fā)揮數(shù)控功能的同時(shí)也能提高性?xún)r(jià)比，所以，可以適當(dāng)將嵌入式數(shù)控技術(shù)應(yīng)用在不同的領(lǐng)域中，進(jìn)而促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

[1]于波.嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)控技術(shù)與系統(tǒng)[J].黑龍江科技信息，2013，（26）：13.

[2]程穩(wěn).嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)控技術(shù)與系統(tǒng)[J].科技與企業(yè)，2013，（14）：111-112.

[3]李濤.嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)控技術(shù)與系統(tǒng)的研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2013，（23）：224-225.