華中 8 型數控系統二次開發技術研究
2024-1-4 來源： 北京動力機械研究所 作者：王永飛 杜凱
【摘要】: 為應對高檔數控系統主要依賴于進口且二次開發難的現狀，通過對國產華中 8 型數控系統二次開發技術進行了深入研究。首先分析了華中 8 型數控系統軟件基本結構，并將其二次開發形式與當前應用較為廣泛的西門子 840DSL數控系統進行了對比。在此基礎上，從軟件整體功能層次結構與上下位機數據通訊兩個方面，詳細闡述了基于華中 8 型數控系統二次開發的軟件實現，從而提供了切實可行的國產數控系統二次開發技術路線，對于國產數控系統的推廣應用具有重要的現實意義。
【關鍵詞】: 華中 8 型數控系統 數控系統二次開發 多連接版網絡開發包 上下位機數據通訊
1.引言
隨著精密磨削技術的快速發展，數控系統正由專用型封閉式系統向靈活的開放式數控系統轉變。目前，國內外學者已在開放式數控系統上進行了大量的二次開發應用。張輝等進行了適用于塑窗型材柔性鋸銑加工中心的 FANUC-0MD 系統次開發 ; 于拯等學者基于西門子 840D 數控系統的 OEM 軟件開發包，開發了凸輪軸磨削軟件 ;Shao 等學者基于西門子 840D 數控系統開發了用于球螺母磨削加工的工藝軟件 ; 丁國龍等學者基于華中 8 型數控系統的上下位機體系結構開發了蝸輪加工軟件。
FANUC-0MD 系統和西門子 840D 系統
以上關于數控系統二次開發的研究普遍以進口數控系統為主，而對國產數控系統的研究和應用較少。本文以國產華中 8 型數控系統為研究對象，分析了該數控系統的開發環境，并闡述了如何應用系統平臺、調用系統內核進行二次開發，有助于國產數控系統的推廣與應用。
2. 華中 8 型數控系統簡介
華中 8 型數控系統是武漢華中數控股份有限公司在 CCMT 2012 展會上推出的新一代高檔數控系統，如圖 1 所示。與過去的數控系統相比，8 型全數字高檔數控系統采用全數字現場總線技術，實現了從模擬接口、脈沖接口到總線控制、高速高精的技術跨越，并且構建了新型開放式二次開發平臺，為用戶提供了多層次的深度開發手段，是國產數控系統先進技術的代表之一。
圖 1 華中 8 型數控系統
3. 華中 8 型數控系統的開發環境
3.1 華中數控系統的軟件結構
華中 8 型數控系統的軟件主要由如圖 2 所示的人機交互界面 HMI、應用層數據接口 NCAPI與底層數據接口 NCU 三個層次組成。HMI 層是一個可視化接口層，為用戶提供與系統進行通信和控制的 GUI 界面 ;NCAPI 層是系統提供的函數開發接口層，通過調用函數接口來實現對系統參數與內部變量，如宏變量、寄存器、刀具、參數等的訪問 ;NCU 層是數控系統的核心，存儲著用來完成二次開發任務的底層數據。
圖 2 華中 8 型數控系統的軟件結構
3.2 華中數控系統的二次開發形式
西門子 840DSL 數控系統是應用最為廣泛的高檔數控系統，該數控系統支持多種開發 形 式， 如 Easy Screen（ 擴 展 用 戶 接 口 ）、WinCC Flexible（西門子組態軟件）與OperateProgramming Package 開發包。其中，EasyScreen 編寫代碼參數較多，開發效率低，只適合開發簡單的界面 ;WinCC Flexible 需另購WinCC Flexible 軟件，功能擴展性受到一定限制 ;Operate Programming Package 開發包需購買開發包，并通過高級語言編程實現軟件的開發。
華中 8 型數控系統也提供類似的開發形式，擴展性較好且與原數控系統界面結合性好。它不僅提供類似西門子的 Operate ProgrammingPackage 開發包的單機版二次開發，還提供開發形式更加靈活、與其他平臺功能結合性強的多連接版網絡開發包。該網絡開發包采用 “上位機 -適配器 - 下位機” 三層結構，支持靈活的網絡擴展，更容易實現數控加工多任務并行處理的控制流程，并且便于為云數控等平臺服務，順應智能化數控系統發展趨勢。
多連接版網絡開發包中包括基本數據接口、采樣數據接口、報警數據接口、事件數據接口和G 代碼程序管理接口等接口。其中，基本數據接口是用來獲取寄存器、變量、參數這三類常用數據 ; 采樣數據接口是方便用戶加工過程中獲取機床運行過程中各個軸的機床特性 ; 報警數據接口是用來監視當前設備的運行狀態 ; 事件數據接口用于實現人機交互 ;G 代碼程序管理接口提供對數控系統的 G 代碼程序的管理，包括獲取運行程序名、加載 G 代碼等。在與數控系統成功通信的條件下，上位機根據待采集數據的參數類型調用相應的二次開發接口，并向下位機發出數據通信指令，下位機接收到指令后，會返回相應的數據值。
4. 基于華中 8 型數控系統二次開發的軟件實現
4.1 軟件整體方案設計
基于華中 8 型數控系統，建立了上下位機模式的整體軟件方案，包括上位機軟件功能、下位機軟件功能以及上下位機之間的數據通訊的設計。上位機使用華中 8 型提供的網絡開發包，開發基于 Windows 的可獨立運行的軟件，軟件功能模塊主要有系統菜單與核心功能菜單模塊 ; 下位機選用華中 8 型數控系統作為控制核心，以華中適配器為傳輸媒介，向上位機軟件反饋請求訪問參數信息。其軟件功能層次結構如圖 3 所示。
圖 3 軟件功能層次結構
4.2 上下位機數據通訊實現
上位機中記錄的數據主要為有效的可執行數控程序和程序生成之前的所有中間過程，而下位機是直接控制設備并獲取設備狀態的計算機，它主要負責并控制任務進行直接的數據交互，該控制流程涉及到多種數據類型系統變量，都需要在嚴格的時間點或時間間隔下進行訪問。
在華中 8 型數控系統中，系統變量已被按照功能分為通道變量、軸變量、參數、寄存器、刀具管理等類型并連續存放在系統空間中，可以由宏變量訪問，也可以通過二次開發接口訪問。二次開發接口定義在系統的應用層數據接口層中，負責根據人機界面 HMI 的請求實時訪問下位機系統的底層數據，及時應答前端的控制任務。
多連接版開發包通過中間層適配器可以支持多個不同通信協議的上位機，通過適配器同時連接到同一臺 NC 裝置上，從而實現多網絡連接。在 Windows 平臺下使用多連接版二次開發接口進行開發和應用，需要先啟動適配器。首次運行適配器會自動獲取本地 IP，并生成ServerConfig.xml 配置文件。適配器成功運行后界面如圖 4 所示。
圖 4 網絡適配器運行成功界面
在適配器連接成功后，便可以利用華中 8 型數控系統預留的函數接口完成上下位機的數據通訊交互，并實現上位機對下位機的控制。常用函數接口如表 1 所示。
表 1 華中 8 型數控系統提供的常用函數接口
5. 結語
本文在分析華中 8 型數控系統軟件基本結構的基礎上，將其二次開發形式與國外先進的西門子 840DSL 數控系統進行對比，得出了華中 8 型數控系統更靈活、更支持網絡擴展的結論。并且，設計了合理有效的上下位機模式軟件方案，實現了上下位機間高效的數據通訊，明確華中 8 型數控系統二次開發技術路線，為國產數控系統二次開發技術的深度應用提供了有利支持。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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