机电一体化控制系统开放体系结构设计

李 宁 马 凯

（盐城生物工程学校，江苏 盐城224000）

0 引言

机电一体化是集计算机技术、微电子技术及自动化技术等于一体的先进技术。机电一体化控制系统面向市场，能够满足不同产品的需求，对系统进行开放性的设计。在过去，一些应用软件还缺乏一定的可持续发展能力，这些软件的适用范围比较小，扩展起来十分困难。每个系统或产品的标准都是不一致的，使得这些比较传统的软件很难实现系统之间的相互融合，不能发挥出系统应有的作用。本研究即是要探讨一种新型的控制系统，对系统的体系结构进行开放性的设计，使机电一体化系统具有一定的扩展功能和实用意义。

1 机电一体化控制系统中开放系统结构的分析

1.1 机电一体化控制系统的特点

机电一体化控制系统具有2个特点：一是系统的科学性，另一个是自动性。科学性对于任何一个行业来说都是非常重要的，科学技术都是决定产业发展的一个重要因素，只有依靠科学技术的不断发展，才能实现行业的预期目标。机械和电气中的科学技术的有效整合，将这些技术有机地结合在一起，这样才能形成一个完整的控制系统，使得资源能够得到有效利用，还能够加快产业技术创新，促进行业的可持续发展。自动性可实现机电设备的自动化控制，这是机电一体化系统的一项基本功能。自动化控制可以有效摆脱手工控制的难度，实现机械化的操作，使机电设备处于一个自动操作的状态。这样不仅可以减少劳动力的消耗，还能够提高生产效率。

1.2 开放系统结构设计

1.2.1 开放式体系结构的特点

开放式系统有2个特性：一是可移植性，另一个是可操作性。可移植性是指在系统应用软件运行时不会受到其他系统的影响，换句话说，应用软件可以顺利地在各种操作系统的环境中正常运行。可操作性是针对集成环境，可以实现不同系统之间的相互利用和相互连通，从而能有效实现不同系统间的协同工作。开放性体系结构不受任何专业供应商的限制，当然也不用考虑版权成本问题。

1.2.2 开放式体系结构的意义

开放式系统结构能满足客户的不同需求，针对不同的产品制定出不同的生产方案。开放式体系结构能够满足客户对于软件不同层次的需求。此外，从实用的角度进行分析，开放式体系结构的设计可以将各种各样的应用集成在一起，能够极大地降低用户访问时间和访问的成本。这种系统的功能更强大，还具有相对较低的价格。开放式体系结构的研究和发展能够反映出我国制造业领域的发展水平，而且能大大缩短我国制造业与发达国家水平之间的差距。

2 机电一体化控制系统开放体系中不同层次结构的设计

2.1 系统层的开放设计

2.1.1 系统层设计的开放化

我们可以根据控制系统软件层加载方式的不同分为2类：一类是系统的软件系统，另一类是硬件系统，2个系统之间存在很大的联系。这是根据不同的产品和不同的组合，把系统软件固化在系统硬件的ROM中，因此在软件执行模式的基础上，还可根据软件系统的操作形式，将软件操作系统在RAM中运行，或者直接在ROM中操作。由于个人电脑的快速发展，PC技术逐渐被引入到PC的开放式数控系统进行操作，这样能够大大提高系统的控制效率。

2.1.2 系统层和应用软件层的开放设计

通用系统是进行开发工作的一个基础平台，我们可以对常见软件系统的接口进行开放性的设计。这样就可使接口的兼容性变大，有效避免重复编程，减少劳动力的消耗，还能大大提高系统的控制效率。在通用操作系统中的一些数据都是对外开放的，所以，我们需要对操作系统的细节进行深入的了解，还要对相关软件的结构设计进行有效的调整，开发出更好的应用软件，满足不同控制系统的需要。由于机电一体化是一个实时的操作系统，需要根据实时情况进行有效的控制，因一般的操作系统不能满足实时控制的要求，所以，对系统层和软件层之间的开放设计是一项十分重要的工作。

2.1.3 接口和系统层之间的开放设计

对于控制系统的接口和系统层之间的开口设计是机电一体化控制系统中的一个关键的步骤。系统软件层和控制层能够实现有效的连接，相关的软件开发和应用层需要实现对设备的有效控制。所以，对于系统和控制界面层之间的硬件，需要通过标准总线接口实现有效的接触，这样才能保障控制系统具有控制功能。间接接口控制装置需要和应用软件层实现连接，系统总线是指一组信号线，需要采用标准总线技术来进行开放式体系结构的设计，这样能够有效地解决控制接口层和系统层间存在的连接问题，使信号能够高效地传送。信号传送的一个重要目的就是要实现总线系统和设备之间的有效连接。

2.2 应用软件层的开放化设计

应用软件层可以为操作人员提供良好的人机界面，可以将一些无关联的设备联系到一起，还可以提供资源管理程序的操作系统接口。对应用软件进行开放性的设计，这样可以进行开放性的控制。首先应基于开放式应用软件层，根据系统需要实现的功能，基于数据流的模块化设计方法，以实现数字控制系统的规划与设计，使控制系统的功能能够有效实现。然后，对应用层模块进行有效划分，将应用软件层的开放式人机界面和开放系统核心接口根据其需要实现的功能进行开放性的设计。应用软件的核心就是要实现实时控制，所以，对于系统的设计，其核心部分就是使应用软件完成实时控制和有效调度。最后，对于开放式体系结构的设计，所有的人机接口都应进行模块化控制，确保系统界面拥有一个统一的风格，加强操作人员的操作培训，使其操作技能不断的提高。

2.3 接口控制层的设计

在控制系统的设计中，一个重要的步骤是要实现接口控制层的开放化设计。接口控制层的控制任务比较复杂，需要实现多目标控制，除了硬件和系统层需要进行有效的连接外，还要和标准电气端口及外部设备进行连接。系统的硬件和界面层之间需要进行灵活的调整，以使界面层能够灵活运用。要想实现这个功能，可以通过2种方法实现：一是直接法，另外一种是间接法。直接法就是将接口模板的端口号和地址范围进行划分，然后通过跳线的方式，对控制开关和目标进行精心的设计。间接法是通过双口RAM来实现，使接口模块能够及时处理各种复杂的情况，这样就能够满足不同产品的需求，对接口进行科学合理的设计，能够提高控制系统的工作效率。

3 机电一体化控制系统开放体系结构的发展趋势

机电一体化控制系统是工业生产调度发展的一个主要趋势，借助自动化控制平台，以信息技术为基础来实现工业生产的自动化控制。同时通过将控制信息指令统一进行发送，使机械设备和电气设备及时满足系统的需求。机电一体化控制系统还会朝着人机智能化和数字一体化方向发展，有效提高机械的智能化控制程度，减少一些误操作，有效弥补传统工业生产模式存在的不足。数字一体化是机电一体化控制系统的一个有效的延伸，高科技数字化系统是控制系统有效的支撑，对机电设备的功能指令进行科学合理的调度，能够及时解决生产中的实际问题。微机数字控制集成平台的合理应用，还可以使用数字传感器实现实时控制，对一些异常信号进行调整和维修，有效提高控制系统的工作效率。

4 结语

机电一体化控制系统的开放体系结构设计是工业发展的必然趋势。我们可以对开放体系中不同层次的结构进行有效的设计，满足各种产品的需求，有效提高机电系统的智能化控制水平和数字一体化的控制水平，实现机电一体化控制系统的全方位控制，促进机电一体化控制系统的快速发展。

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