数控技术是先进制造技术的基础和核心,反映了一个国家制造技术水平和工业水平。当前,在数控系统研究领域中,开放结构控制器技术和运动控制现场总线技术是国内外研究的热点。为了使我国在数控系统领域中新一轮的国际竞争中立于不败之地,我们必须研究开发具有自主知识产权的先进的数控系统。为此,本文围绕开放结构控制器的体系结构和运动控制现场总线技术展开研究。 本文系统地分析比较了OSACA、OMAC、OSEC等典型的开放结构控制器体系结构。从参考模型、功能单元分类、功能单元行为描述方法、通信系统、配置集成等方面分析了它们的体系结构及实现技术,并比较了它们之间的差别,给出了架构开放结构控制器平台的一种思路。 在吸取典型开放结构控制器体系结构优点的基础上,结合当前先进的计算机软硬件技术、通信技术、控制技术及典型的控制器应用,提出了一种新的基于PC的软件化开放结构控制器平台(Soft Open Architecture Platform for controller,SOAP)。运用软件体系结构模式理论中分布式微核(Distributed MicroKernel)软件模式描述了开放结构控制器平台的体系结构。分布式微核模式将控制器平台分为微核模块、内部应用模块、外部应用模块。微核模式将系统的最小功能核心同扩展功能和特定应用功能分离开来。因为采用基于CORBA的组件模型对系统平台进行描述,所以这个平台在逻辑上是分布式的,而在物理上可以是分布式的,也可以是集中式的。以OMAC对功能模块的划分为基础,给出了体系结构中的运动控制模块、逻辑控制模块、轴控制模块、调度更新模块、人机控制模块的设计模式描述及其实现结构。描述了以基于RTCORBA的中间件作为通信系统的微核工作原理。这样,通过模块化、松耦合和功能内聚、策略与实现的分离、接口与实现的分离、数据流与控制流的分离,随着时间的演化,系统可以添加新的功能或更改现有的功能;能够支持第三方组件和库;在系统设计和实现过程中,能够应对用户可能提出的新的要求。 开放结构控制器的重要特征之一就是用户可以在较大范围内根据需要选择和配置硬件。现场总线的出现和应用使传统的自动控制系统产生了重大变革。参考目前市场上存在的三种典型的运动控制现场总线SERCOS、MACRO和基于Fire Wire的现场总线,以及国家标准《控制与驱动装置间实时串行通信数据链路》,提出并实现了一种新的运动控制现场总线——运动控制串行通信系统(Serial COmmunication system in Motion control,SCOM)。给出了网络的广播型拓扑结构;根据ISO/OSI七层模型,建立了现场总线的互连参考模型;采用异步串行通信的物理层协议;参考OSI标准协议中的高级数据链路控制HDLC协议的帧结构,制定了SCOM的报文结构及内容。给出了现场总线