基于Linux的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)界面開(kāi)發(fā)及通訊研究.pdf

1、在21世紀(jì)，制造業(yè)所面臨的激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)迫使數(shù)控系統(tǒng)朝著高精、高效、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。然而，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)封閉，功能單一，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，成本高等問(wèn)題，已經(jīng)成為制約制造業(yè)發(fā)展的瓶頸。隨著軟件技術(shù)在全世界范圍內(nèi)飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)紛紛提出了開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的概念并進(jìn)行了相關(guān)研究。 本文在詳細(xì)分析了開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀之后，借鑒歐盟的OSACA和OCEAN、美國(guó)的OMAC和EMC2、日本的OSEC等項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)

2、，特別是EMC2增強(qiáng)型機(jī)床控制系統(tǒng)，以其優(yōu)異的系統(tǒng)功能、開(kāi)放源代碼等眾多優(yōu)點(diǎn)，成為本文研究和開(kāi)發(fā)工作的基礎(chǔ)平臺(tái)。 EMC2是基于Linux操作系統(tǒng)及其實(shí)時(shí)擴(kuò)展RTAI的控制系統(tǒng)，主要包括四大模塊、一個(gè)硬件抽象層(HAL)和一個(gè)軟PLC控制器組件(Classic Ladder)，四大模塊分別是GUI(Graphical User Interface)模塊、運(yùn)動(dòng)控制器模塊(Motion Controller EMCMOT)、離散I/

3、O控制器模塊(Discrete I/O Controller EMCIO)和任務(wù)執(zhí)行器模塊(Task Executor EMCTASK)。模塊之間的通訊采用基于RCS庫(kù)的NML通訊機(jī)制，大大增加了系統(tǒng)的可移植性。另外EMC2實(shí)現(xiàn)了可重配置性，只需要編輯幾個(gè)簡(jiǎn)單的配置文件即可完成。EMC2很好地滿足了開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的特征和要求，屬于典型的開(kāi)放式控制系統(tǒng)，并已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)的很多領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用。 本論文就是參照EMC2控制系

4、統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)時(shí)同步工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，在EMC2控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了部分功能的開(kāi)發(fā)。開(kāi)發(fā)內(nèi)容主要分為兩大部分：第一部分是基于Qt的EMC2數(shù)控系統(tǒng)界面開(kāi)發(fā)，這一部分又分為上下兩層接口的設(shè)計(jì)，即上層與機(jī)床操作人員接口文件的設(shè)計(jì)和下層與EMC2控制系統(tǒng)任務(wù)執(zhí)行器模塊接口文件的設(shè)計(jì)；第二部分是基于C++的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊程序設(shè)計(jì)，然后采用實(shí)時(shí)以太網(wǎng)取代計(jì)算機(jī)并口等實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床本體之間的通訊。 在基于Qt的EMC2數(shù)控系統(tǒng)界面

5、開(kāi)發(fā)中，首先詳細(xì)研究了EMC2控制系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和通訊方式；然后在開(kāi)發(fā)工具的選擇上對(duì)Qt和其它同類開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行了分析和比較，Qt以其優(yōu)異的特性，特別是先進(jìn)的信號(hào)和槽通訊機(jī)制，成為開(kāi)發(fā)工具的首選；最后開(kāi)發(fā)了基于Qt的EMC2數(shù)控系統(tǒng)界面，并采用計(jì)算機(jī)并口輸出步進(jìn)脈沖，對(duì)開(kāi)發(fā)的界面進(jìn)行了正確性測(cè)試和驗(yàn)證。 在基于C++的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊程序設(shè)計(jì)中，工作重點(diǎn)集中在Linux平臺(tái)上基于鏈路層的數(shù)據(jù)包捕獲和發(fā)送程序設(shè)計(jì)上。在詳細(xì)分析了Lin