基于現(xiàn)場總線的開放式網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng)的設計

圖4控制器軟件體系結(jié)構(gòu)

　　基礎軟件平臺由Venturcom公司的RTX(realtime extension)和微軟公司的Windows 2 000操作系統(tǒng)組成。Windows 2000操作系統(tǒng)可提供良好的圖形用戶界面、豐富實用的Win32API函數(shù)、高效易用的開發(fā)工具和大量可用的第三方設備驅(qū)動程序。RTX為Windows 2000系統(tǒng)做了實時擴展，解決了Windows2000系統(tǒng)在支持可預測線程同步、優(yōu)先級可繼承、中斷延遲和線程切換的可預見性等方面的不足。使用RTX后系統(tǒng)線程切換時間平均達到3.6us，定時器響應速度平均達到10.3us。數(shù)控系統(tǒng)實時性要求最高的插補運算和軟PLC等任務，就運行在RTX環(huán)境下。實際應用時RTX為應用軟件提供了與Win 32.dll功能類似的可動態(tài)加載和卸載的RT.dll，該動態(tài)連接庫可幫助實現(xiàn)應用程序?qū)Φ讓佑布恼{(diào)用。

　　應用平臺由數(shù)控系統(tǒng)基本功能單元組件構(gòu)成。包含加減速控制、插補、刀具補償、譯碼等近20個模塊。這些模塊可在不同的條件下，編譯組合實現(xiàn)不同的數(shù)控任務。

　　應用程序?qū)痈鶕?jù)數(shù)控任務劃分為運動控制單元、邏輯控制單元、網(wǎng)絡單元、交互單元和管理控制單元等5個單元。

　　(1)運動控制單元：接受數(shù)控程序文件形式的運動指令，或手動操作指令，以及邏輯控制子系統(tǒng)出發(fā)的運動控制，經(jīng)過密化計算，生成運動型設備可以接受的微運動指令。

　　(2)邏輯控制單元：接受邏輯控制程序文件形式的邏輯，并根據(jù)此邏輯和其他子系統(tǒng)有關(guān)的狀態(tài)，以及過程型設備的狀態(tài)，對過程型設備進行操作控制。

　　(3)交互單元：接受各個子系統(tǒng)的信息顯示請求，在系統(tǒng)顯示機制的支持下，實現(xiàn)信息顯示。

　　(4)管理控制單元：接受用戶信息，派發(fā)任務消息；完成系統(tǒng)的配置、運行調(diào)度；完成文件管理、網(wǎng)絡通信等服務性任務；加載第三方工具軟件。

　　(5)網(wǎng)絡單元：實現(xiàn)系統(tǒng)與外部網(wǎng)絡的通訊。由于應用平臺中的基本功能單元采用組件技術(shù)，使得每個組件可單獨開發(fā)、單獨編譯，并可與其他組件一起進行編譯連接。因此，利用基本功能單元的這種可配置性，用戶就可以根據(jù)自己的系統(tǒng)需求來生產(chǎn)不同的任務模塊。然后，把這些任務模塊集成起來就得到所需要的應用程序，進而形成不同的數(shù)控系統(tǒng)。圖5為應用程序?qū)又羞\動控制單元的配置過程。

圖5運動控制模塊配置過程

　　2.3 控制器軟件模型方法

　　數(shù)控軟件與普通應用程序不同，它的計算模型邏輯上是串行的，但在實際卜卻是宏觀并行的。為了能詳盡地描述參考模型的技術(shù)細節(jié)，采用了有限狀態(tài)機的建模方法。

　　有限狀態(tài)機是描述對象狀態(tài)躍遷的模型方法。該模型包含3種基本元素。

　　(1)狀態(tài)：對象保持相對穩(wěn)定狀態(tài)或持續(xù)相對單調(diào)行為的模式。

　　(2)處理過程：對象的行為，包括狀態(tài)變化的過渡過程和系統(tǒng)特定狀態(tài)下的持續(xù)行為。

　　(3)事件：引起對象狀態(tài)變化的信息(包括其他對象的狀態(tài)、發(fā)布的消息、標志位變化等)。

　　狀態(tài)機可以實現(xiàn)主要狀態(tài)問的躍遷過程并被周期型地激活。其激活方式有：周期性中斷服務程序；進程、線程服務程序；單線程模型中循環(huán)執(zhí)行程序體等。圖6以直線插補為例，展示狀態(tài)機的應用。由于狀態(tài)機模型從邏輯卜可以分層次嵌套，因此該模型可以描述行為更加復雜的對象。

圖6簡單直線插補對象狀態(tài)機型

3 基于設備故障診斷網(wǎng)的上層網(wǎng)絡

　　如圖7所示，系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)場監(jiān)控層、局域網(wǎng)監(jiān)控診斷層和遠程監(jiān)控診斷的三級C／S結(jié)構(gòu)。