嵌入式网络数控技术及系统应用研究

王舒玮

近年来，数控技术发展十分迅速，计算机技术也得到了广泛应用。系统中的元件基本上都是分立的，在逻辑电路排列方式的基础上进行数控运算。由此可见，计算机硬件是实现数控系统价值的关键，而且随着信息技术的深入，数控技术与网络技术有效地结合在一起，成为一种以计算机系统为基础的嵌入式网络系统，具有信息处理等功能。基于此，本文研究了嵌入式网络数控技术及其系统应用。

1 嵌入式系统分析

1.1 嵌入式系统模型

嵌入式系统是一种以计算机为基础的系统，其中包含多元化电子系统。通过对该系统进行分析，可以得出非电子系统能够在嵌入式系统下完成模拟，大型系统往往是由多个嵌入式系统构成的，在这种情况下，系统与外界能够进行信息的交流。除此之外，嵌入式系统能够为其他系统提供良好服务，在信号输入、输出中有着至关重要的影响。如果结合计算机技术和嵌入式系统，不仅能够控制机电，还能完善计算机微处理器传感器及中央处理器等，促进网络数据的顺利运行。所以，嵌入式系统也被称为嵌入式网络数据处理系统，其具体模型如图1所示。

图1 嵌入式系统模型

1.2 嵌入式系统可重构能力

在嵌入式系统中，存在着一个中央处理器，该处理器能够运算外界指令，同时实现微处理器的功能。此外，如果人们基于该理念综合运用计算机技术和嵌入式系统，微处理技术会呈现出比较强的可编功能，由于微处理器具有较强的柔性特点，因此芯片使用会非常安全，数据传输也就更加便捷。而嵌入式系统的可重构能力源自软件控制，在相应资源下可以进行计算机平台的重构，之后将其应用在不同环境中。

其实，可重构的实际含义是资源的重复使用及共享资源，在没有FPGA的基础上，嵌入式网络可重构能力主要源于重组方式，能够进行软件功能的重复使用。当FPGA出现之后，资源会变成文件形式，用户使用会非常方便，从而实现系统硬件功能的强化。从广义角度进行分析，嵌入式系统的可重构能力有利于实现硬件、软件的更新，并且在裁剪的基础上能够实现计算机系统的数字控制和设计，充分体现了网络数控的开放性[1]。

2 嵌入式网络数控系统结构

2.1 硬件结构

在嵌入式网络数控系统运行过程中，通过分析可知，其中包括多个嵌入式系统结构，而且数控操作、管理系统、显示输入装置之间是相互连接的，能够实现人机交互。通过数控操作管理系统的应用，人们能够收集加工代码并进行翻译，对网络系统的故障进行排查。此外，网络数控系统中的以太网络可以与外部网络相连接，对数控系统的调式及运行加以控制，与数控操作管理系统相比，现实和键盘输入装置更能实现现场的交互，在输入操作指令、相关数据之后，系统会处于加工状态。插补器、运动控制器能够对插补、间隙补偿进行运算，并且将速度控制信息传输到嵌入式伺服控制器中，而嵌入式PLC的应用能够实现数控系统中全部逻辑控制的优化及完善，进而完成PLC功能。通过速度、位置伺服控制器，人们能够对加工轴的速度和位置进行调整，远程监控不仅可以在NC客户端的基础上实现，也可以依靠Web浏览器的作用。对于嵌入式网络数控系统而言，其线路连接主要是在NC操作系统下，利用EIARS-485线路实现运动控制器与嵌入式PLC的连接，其中NC操作系统是采用以太网实现TCP/IP协议以及全球数字系统连接的。不管是嵌入式系统还是网络数控系统，都具备数控功能，在网络互联的基础上，网络数控系统和技术变成了控制执行单位，能够在远程控制下与NC客户沟通交流[2]。

2.2 软件结构

通过分析嵌入式网络数控系统的软件结构，人们可以得出其组成部分主要包括程序、伺服运动控制软件等，具有控制组态软件模块价值。对于通用性设计而言，可以设计相对标准的接口，从而展示出代码编译、数据传输等功能。除此之外，PLC单元及数控单元是实现计算机辅助设计的关键，在进行数控软件研发过程中，一般情况下会生成自动化的软件，帮助用户完成软件下载。

数控系统中的定义模块是在编译语言应用下，选择与数据描述相适应的组态软件，并在嵌入式控制模块下形成一个特定的软件版本，发挥出特定功能，充分满足用户需求，实现数控系统的完善及优化。在特定环境下，数控软件能够自主生成，再加上NCDL的描述，就会形成非常适合的匹配，完成数控软件的下载后，已经生成的数控软件和嵌入式数控系统能够一同使用，实现数据的顺利传输，真正提升工作效率及数据传输安全性。

3 嵌入式网络数控系统的应用

3.1 中央数控单元

嵌入式中央数控单元主要采用ARM+DSP结构，其中ARM应用的是32位的S3C44B0X ARM芯片，而DSP应用的是32位的高性能DSP TMS320F2812，ARM与DSP之间能够在串口的基础上实现数据交换，而且还具备JTAG硬件调试功能。中央数控单元中DSP的CAN总线接口可以在CAN驱动下与其总线相连，切实提高了数据传输效率，基本上能达到1MB/s。在DSP通用定时器下产生的PWM脉冲，其作为进给量可以添加一个I/O信号，从而变成加工轴上的进给信号。

对于嵌入式中央数控单元中的ARM而言，可以为uC/OS嵌入式操作系统提供运行环境，除去插补、刀补以及间隙补偿，其他数控主程序都可以在ARM上面运行。除此之外，ARM还具有以下功能：与显示、键入装置相连接，实现人机交互；在串口的基础上将编译之后的插补代码发送至DSP；在总线的基础上进行系统的监控[3]。中央数控单元中的DSP具有插补、刀补、间隙补偿等运算功能。此外，DSP可以利用高速现场总线将进给量传输到伺服控制系统中，或者在PWM、通用I/O接口的基础上，实现四路独立进给脉冲，达到伺服控制状态。

3.2 显示器及键入装置

对于嵌入式网络数控系统而言，其中的显示器、键入装置主要采用的是256色的彩色液晶显示器。在ARM芯片的集成的显示控制功能下，可以实现显示控制，所以，系统显示也会变得更加简单。由ARM芯片所提供的I/O接口，对键盘、按键输入电路以及手摇脉冲具有开发功能。

3.3 嵌入式PLC

所谓嵌入式PLC，实际上是由C8051F022芯片构成的I/O控制板，可以在485异步串行总线的基础上与中央控制单元连接在一起。在该系统中，能够实现多轴联动直线、圆弧以及多项式等曲线的插补。

4 结语

嵌入式网络数控技术具有应用性强、适应性好等特点，而且系统与技术软硬件可以剪裁，并完成协同设计。嵌入式网络数控系统的应用，在发挥数控功能的同时也能提高性价比，所以，可以适当将嵌入式数控技术应用在不同的领域中，进而促进社会的可持续发展。

[1]于波.嵌入式网络数控技术与系统[J].黑龙江科技信息，2013，（26）：13.

[2]程稳.嵌入式网络数控技术与系统[J].科技与企业，2013，（14）：111-112.

[3]李涛.嵌入式网络数控技术与系统的研究[J].电子技术与软件工程，2013，（23）：224-225.