基于SERCOS接口的开放式数控系统

一、开放式数控系统的模块结构及模块功能优势

　　（一）系统概论。目前用于传动数据通讯、数字伺服的国际通用标准即为SERCOS接口，它是一种交换协议，它用于高精度及高速运动控制的数据 、现场总线接口的数据交换。图1即为此项数控系统模块结构示意图。

图1 基于SERCOS接口技术的开放式数控体系模块结构示意图

　　（二）系统各模块的功能优势。1.Soft SERCOS。采用Soft SERCOS能够简化SERCOS接口，具有更加有效的作用，应用Soft SERCOS搭建了软件桥梁，实现了控制器、SERCOS接口之间的连接，进一步简化了SERCOS接口硬件的复杂性，提供了更加方便的开发平台，便于CNC开发者应用、工作。2.SERCOS接口。采用光纤传输方式实现SERCOS接口传输，具有以下优势：①实时性。因采用光纤传输环路，数据传输速率有2、4、8、16Mbit，适用于多轴联动控制，方便高精度、高速定时定位控制；②抗干扰性。交流伺服系统的伺服器会产生较大的干扰信号，造成了系统测量信号的一定影响，采用SERCOS光缆能隔离伺服器和AD等信号，还能减轻伺服系统受到的干扰；③扩展性。依据通信周期、通信速度、操作次数等可以将环路上的连接节点扩展至250多个；④可靠性。采用环形串行通信拓扑结构，将连接电缆极大减少，不但方便安装维护，还能将系统可靠性进一步提升。3.Soft CNC平台。Soft CNC平台是整个体系开放性所在，此模块的自由度最大。Soft SERCOS是连接底层运作执行部件与CNC的接口，目前已经实现了开放性。这个平台是连接网络通讯模块、用户界面、Soft SERCOS的主要接口，可以为用户提供更加适合用户应用、更为简洁的数控软件开发平台。Soft CNC平台以各种数控设备的共性做基础，扩展满足不同数控系统的个性需求。在此平台上，用户可依据个人行业需求对开发软件模块进行自我重组。利用共享内存将运动数据送至Soft SERCOS，然后经过SERCOS接口将其送达执行机构。

二、系统的软硬件平台构建

　　（一）硬件平台。基于SERCOS接口的开放式数控系统硬件要求：（1）PC机；（2）SERCOS接口；（3）光缆机；（4）伺服驱动器；（5）伺服电动机。其中伺服驱动器和伺服电动机的数量根据用户的需要选择。

　　SERCOS卡属于一种即插即用的计算机通用接口卡，将会形成环路基于I/O和驱动之间，这个环路即为SERCOS接口环路，采用光纤传输技术实现连接。I/O站作为输入输出模块，对按钮、输出等进行控制，光缆环与I/O的连接通过连接模块实现，连接米快同样也是通讯转接单元，通讯信息的处理采用的是Soft SERCOS，因此SERCOS卡是被动式主控卡。基于软件功能基础不但实现硬件系统的控制功能，还具有较强的开放性，因此此项开放式数控系统的硬件结构相对较简单。

　　（二）软件平台。开放式数控系统软件要求：（1）实时操作子系统 RTX5.0；（2）Windows Nt4.0，要求内存至少为32兆，通常情况下要求内存64兆；（3）具有实时内核的Borland C++5.0；（4）Soft SERCOS。结构如图2所示。

图2 基于SERCOS接口的开放式数控体系的软件平台结构示意图

　　由于高速度、高精度数控系统在通常情况下都会要求具备较高的实时性，所以一般会保持在1ms范围内，本次研究的数控系统利用RTX5.0软件对系统进行实时性控制。

　　在RTX5.0软件中心增加了一个RTX实时子系统，即RTSS，RTSS拥有独立的Api和执行环境，但它不能利用NT的调度，执行的是自己的实时线程调度，且多有的线程调度经在Windows任务调度之前。RTX包括HAL，也就是进行了抽象扩展的实时性硬件扩展层，对于RTSS、NT之间的中断绝缘性的实现应用HAL完成。RTSS还有屏蔽Windows中断的功能。而且实时HAL还具备基本异常处理、软件中断机制等性能。

　　RTX API基于Win32 API基础，只要开发者熟悉Win编程，就可以利用其作为开发工具，对于部分Win32 API来说RTX都支持，语法上，RTAPI具备了更好的实时性。RTSS进程可以实现和C Run Time Libraries的静态链接，于此同时RTX还支持Unicode。不过它并不是对所有的Win32函数均支持，所以通常情况下至少包含了2个进程，一个基于Win32，一个基于RTSS，确保了实时性。设备管理、内存管理、时钟和定时器、内部进程通信、中断管理、文件输入输出管理以及进程与线程管理均属于RTX函数的内容。

三、总结

　　基于SERCOS技术，利用SERCOS卡通过SERCOS接口开发开放式数控系统，将系统的动态性、开发性极大的提升了，采用RTX5.0软件实现了系统实时性控制，更加方便CNC开发者的应用及工作。