華中 8 型數控係統二次開發技術研究
2024-1-4 來源： 北京（jīng）動力機械研究所（suǒ） 作（zuò）者：王永飛 杜（dù）凱
【摘要】: 為應對高檔數控係統主要依賴於進口且二次開發難的現狀，通過對國產華中 8 型數控係統二次開發技術進行了（le）深入（rù）研究。首先分析了華中 8 型數控係統軟件基本結構，並將（jiāng）其二次開發形式與當前（qián）應用較為廣泛的西門子 840DSL數控係統進行了對比。在此基礎上，從軟件（jiàn）整體功能層次結構與上（shàng）下位機數據通訊（xùn）兩個方（fāng）麵，詳（xiáng）細闡述了基於華中 8 型數控係統二次開發（fā）的軟件實現，從而提供了切實可行（háng）的國產數（shù）控（kòng）係統二次開發技術路線（xiàn），對於國產（chǎn）數（shù）控係統的推（tuī）廣應（yīng）用具有重要的現實意義。
【關鍵詞】: 華中（zhōng） 8 型數控係統 數（shù）控係（xì）統二次開發 多連接版網（wǎng）絡開發包 上下位機數據通訊
1.引言
隨著（zhe）精密磨削技（jì）術的快（kuài）速發展，數控係統正由專（zhuān）用型封閉式係統向靈活的開放式數控係統轉變。目前，國（guó）內（nèi）外學者已在開放式數控係統上進行了大量的二次開發應用。張輝等進行了適用於塑窗型材柔性鋸銑（xǐ）加工中心的 FANUC-0MD 係統次開發 ; 於拯等學者基於西門（mén）子（zǐ） 840D 數控係統的 OEM 軟件開發包，開發了凸輪（lún）軸磨削軟件 ;Shao 等學者基於西門子 840D 數控係統開發了用（yòng）於球螺母磨削加工的工藝軟件 ; 丁國龍等學者基於華中 8 型數控係統（tǒng）的上下位機體係結構開發了蝸輪加工軟件（jiàn）。
FANUC-0MD 係統和西門子（zǐ） 840D 係統
以上關於數控係統二次開發的研究普（pǔ）遍以進口數控係統為主，而（ér）對國產數控係統的研究和（hé）應用較少。本（běn）文以國產華（huá）中 8 型數控係（xì）統為（wéi）研究對象，分析（xī）了該數控係統的開發環境，並闡述了如（rú）何應用係統平台、調用係統內核進行二次開（kāi）發，有助（zhù）於國產數（shù）控係（xì）統的推廣與應用。
2. 華中 8 型數控係統（tǒng）簡介
華中 8 型數控係統（tǒng）是武漢華中（zhōng）數控（kòng）股份有限公司（sī）在 CCMT 2012 展會上推出的新一代高檔（dàng）數控係統，如圖 1 所示。與過去的數控係統相比，8 型全數（shù）字高檔數控（kòng）係統采（cǎi）用全數字現場總線技術，實現（xiàn）了從模擬接口、脈衝接口到總線（xiàn）控製、高速高精的技術跨越，並且構建（jiàn）了新型開（kāi）放式二次開發平台，為用戶（hù）提供了多層次的深度開發手段，是國產數控係統先進技術（shù）的代表之一。
圖（tú） 1 華中 8 型數控係統
3. 華中（zhōng） 8 型數控係統的開發環境（jìng）
3.1 華中數控係統的軟件結構
華中 8 型數控係（xì）統的軟件主要由如圖 2 所示的（de）人機交互界麵 HMI、應用層數據接口 NCAPI與底層數據接口 NCU 三個層次組（zǔ）成。HMI 層是（shì）一個可視化接口層，為（wéi）用戶提供與係統進行通信和控（kòng）製（zhì）的 GUI 界麵 ;NCAPI 層是係統提供的函數開發（fā）接（jiē）口層，通過調用函（hán）數接口來實現對係統參數與內（nèi）部（bù）變量，如宏變量、寄存器、刀具、參數等的訪問（wèn） ;NCU 層是數控係統的（de）核心，存儲著用來完成二（èr）次開（kāi）發任務的底層數據。
圖 2 華中 8 型數控（kòng）係統的（de）軟（ruǎn）件結構
3.2 華中數控係統的二次開發形式
西門子 840DSL 數控係統是應用最為廣泛的高檔數（shù）控係統（tǒng），該數控係統支持（chí）多種開發 形 式， 如（rú） Easy Screen（ 擴 展 用 戶 接（jiē） 口（kǒu） ）、WinCC Flexible（西門子組態軟件）與OperateProgramming Package 開發包。其中（zhōng），EasyScreen 編寫代碼參數較多，開發效率低，隻適合開發簡單的界麵 ;WinCC Flexible 需另購WinCC Flexible 軟件，功能擴展性受（shòu）到一定限製（zhì） ;Operate Programming Package 開（kāi）發包需購買開發包，並通過高（gāo）級語言（yán）編（biān）程（chéng）實現軟件的開發。
華中 8 型數控係統也提供類似的開發形（xíng）式，擴展性較好且與原數控係統（tǒng）界麵結合（hé）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、與其他平台功能結合性強的多（duō）連接版網絡開發包。該網絡開發包采用 “上位機（jī） -適配器 - 下位（wèi）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並行處理的控製流程，並且便於為雲數控等平台服（fú）務，順應智能化數控係統發（fā）展趨（qū）勢。
多連接版（bǎn）網絡開（kāi）發包（bāo）中包括基本數據接口、采樣數據接口、報警數（shù）據接口（kǒu）、事件（jiàn）數據接口和G 代碼（mǎ）程序管理接口等（děng）接口。其中，基本數據（jù）接口是用來獲（huò）取寄存器、變量、參數這三類常（cháng）用數據 ; 采樣數據接口是方便用戶加工過程中獲取機床運（yùn）行過（guò）程中各個（gè）軸的機床（chuáng）特性 ; 報警數據（jù）接口是用來監（jiān）視當前設（shè）備的運行狀態 ; 事件數據接口用於實現人機交互 ;G 代碼程序管理接口提（tí）供對數控係統的 G 代（dài）碼程（chéng）序的管理，包括獲取運行程序名、加載 G 代碼等。在與數控係統成功通信的條（tiáo）件下，上位機（jī）根據待采集數（shù）據的參數類型調用（yòng）相應的二次開（kāi）發接口，並向下位機發出（chū）數據通信指令，下位機接收到指令後，會返（fǎn）回相應的數據值。
4. 基於華中 8 型數控係統二次開發（fā）的軟件實現
4.1 軟件整體方案設計
基於華中 8 型數控係統，建立了上下（xià）位機（jī）模式的整體軟件方案，包括（kuò）上位機軟件功能、下位機軟件功能以及上（shàng）下位機之間的數據（jù）通訊的設計。上（shàng）位機使用華中 8 型提（tí）供的網絡開發（fā）包，開發（fā）基於 Windows 的可（kě）獨立運行的軟件，軟件（jiàn）功（gōng）能模塊主要有係統菜單與核心功能菜單模塊（kuài） ; 下位機選用華中（zhōng） 8 型（xíng）數控係統作為控製核心，以華中適配（pèi）器為傳（chuán）輸媒介，向上位（wèi）機軟件反饋請求訪問參數信息。其軟件功能層次（cì）結（jié）構如圖 3 所示。
圖 3 軟件功（gōng）能層（céng）次結構（gòu）
4.2 上下位機數據（jù）通訊實（shí）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（suǒ）有中間過程，而下位機是直接控製設備並獲取設備狀態的計算（suàn）機，它（tā）主要負（fù）責並控製任務進行直接的數據交互，該控製流程涉及到多種（zhǒng）數（shù）據（jù）類型係統變量，都需要在嚴格的時間點或時間間隔下進行訪問。
在華中 8 型數控係統中，係統變量已被按照（zhào）功能分（fèn）為通道變量、軸變量、參數、寄存器、刀（dāo）具管理（lǐ）等類型並連續存放在係統空間中，可以由宏變（biàn）量訪問，也可以通（tōng）過二次開發接（jiē）口訪（fǎng）問。二次（cì）開發接口定義在係統的應用層數（shù）據（jù）接口層中，負責根據人機（jī）界麵 HMI 的（de）請求實時訪問下位機係統的（de）底（dǐ）層數據，及時應（yīng）答前端的控製任務。
多連接版開（kāi）發（fā）包通過（guò）中間層（céng）適配器可以支持多個不同通信協議的上（shàng）位機（jī），通過適配器同時連接到同一台 NC 裝置上，從而實現多網絡連接。在 Windows 平台下使用多連接版二次（cì）開發接口進行開發和（hé）應用，需要先啟動適配器。首（shǒu）次運（yùn）行適配器會自動獲取本地 IP，並生成（chéng）ServerConfig.xml 配置文（wén）件。適配（pèi）器成功（gōng）運行後（hòu）界麵如圖 4 所示。
圖 4 網絡（luò）適配（pèi）器運行成功界麵
在適配器連接成功後（hòu），便可以利用華中 8 型數控係統預留的函數（shù）接口完（wán）成上（shàng）下位機的數據（jù）通訊交互，並實現上位（wèi）機對下位機的控製。常用函數接口如表 1 所示。
表 1 華中 8 型數控係統提供的常用（yòng）函數接口（kǒu）
5. 結語
本文在分析華（huá）中 8 型數控係統（tǒng）軟件基本結構的基礎上（shàng），將其二次開發形式與國外先進（jìn）的西門子 840DSL 數控係統（tǒng）進行對比，得出了華中 8 型數控係統更靈活、更支持網絡擴（kuò）展的結論。並且，設計了合理（lǐ）有效（xiào）的上下位機模式軟件方案，實現了上下位機間高（gāo）效的數據通訊，明確華（huá）中 8 型數控係（xì）統二次（cì）開發技術路線，為國產數控係（xì）統二次開發技術的深度應用提供了（le）有利支持。
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